1. TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS
1.3. A GENETIKA FEJLŐDÉSE
Miután a kutatók rájöttek arra, hogy a gének felelősek az öröklődésért, arra a kérdésre kezdték el keresni a választ, hogy a sejten belül hol helyezkednek el a gének. Az 1890-es években Theodor Boveri német embriológus már úgy gondolta, hogy a gének a kromoszómákban helyezkednek el, ezt az elméletet oly módon megerősítette 1905-ben Nettie Stevens, Boveri tanítványa, hogy arra is rájött, hogy „a nem kialakulásáért felelős gének egyetlen kromoszómán foglalnak helyet.”52
Thomas Morgan, a Columbia Egyetem zoológiaprofesszora 1910 és 1912 között muslica-kísérleteket folytatott Mendel borsó-kísérleteinek a mintájára, melynek köszönhetően felismerte azt, hogy a gének fizikai kapcsolatban állnak egymással (- a gének kapcsoltsága).53 Megértette, hogy a gének „nem elkülönülten öröklődnek, hanem (...) Az információ a kromoszómákba, végső soron pedig a sejtekbe „van burkolva”.”54 Felfedezte a kromoszomális átkelés vagy átkereszteződés (- chromosomal crossing over) jelenségét is, ami azt jelenti, hogy a gének kapcsoltságában előfordulhat olyan, hogy egy gén átvándorol egyik kromoszómáról a másikra ezzel lehetővé téve a genetikai információk keverhetőségét, cseréjét. Tanítványa, Alfred Sturtevant 1911 telén felvázolta az első kezdetleges géntérképet.55
Az 1920-as években Frederick Griffith angol bakteriológus felfedezte a gének horizontális mozgását, vagyis a transzformációt, mely emlősöknél szinte sosem alakul ki, csupán a baktériumok esetében fordul elő.56 Griffith kísérleteit 1944-ben Avery, MacLeod és McCarty ismételték meg, melyből kimutatták, hogy a transzformáló ágens a nukleinsav volt.57
Ugyancsak az 1920-as években Hermann Mullernek, Morgan tanítványának sugárzás hatására sikerült megváltoztatnia a géneket, bár ő is muslicákkal kezdte a kísérleteit, azonban az eugenika nagy híveként azon is elgondolkozott, hogy mennyire lenne nehéz az ember génjeit röntgensugárzással manipulálni: „Ha a genetikai változások – mint írta – „mesterségen
51 CZEIZEL (1977) i.m. 12. o.
52 MUKHERJEE i.m. 113. o.
53 MUKHERJEE i.m. 115. o.
54 MUKHERJEE i.m. 116. o.
55 MUKHERJEE i.m. 118. o.
56 MUKHERJEE i.m. 135. o.
57 OLÁH i.m. 14. o.
indukálhatók”, akkor az öröklődés többé nem egy „velünk szórakozó elérhetetlen istenség”
kizárólagos privilégiuma.”58 A negatív eugenika borzalmaitól elszörnyülködve azon a véleményen volt, hogy olyan társadalomban érhetnek célt a pozitív eugenika vívmányai, amely társadalomban a tökéletes egyenlőség uralkodik. „Szerinte egyenlőség nélkül az eugenika olyan mechanizmussá degenerálódik, amelyben a hatalom birtokosai még nagyobb uralmat szereznek a gyengék felett.”59
A ’20-as évek a nukleinsavakról szerzett tudásnak is kedveztek, ugyan már 1869-ben Friedrich Miescher svájci biokémikus felfedezte a nukleinsavakat, közel 50 év telt el, míg a kutatók kiderítették, hogy a nukleinsavaknak két formája is létezik: a dezoxiribonukleinsav (DNS) és a ribonukleinsav (RNS). Miescher a sejtek kémiai összetételét szerette volna meghatározni, melyhez a legegyszerűbbnek és legfüggetlenebbnek vélt sejttípust, a limfocitákat választotta, melynek a nagyobb mennyiségű beszerzése és a megtisztítása miatt is nehézségekbe ütközött, ennek okán áttért a leukociták vizsgálatára. A leukocitákkal folytatott kísérlete során először nyert egyfajta nyers „DNS-csapadékot”, amely arra ösztönözte, hogy közelebből megvizsgálja a sejtmagot és miután ez az anyag nem hasonlított egyetlen ismert fehérjetípushoz sem, nukleinsavnak nevezte el.60 Habár se a DNS, se az RNS feladatával vagy pontos szerkezetével akkor még nem voltak tisztában, azt már azonban tudták, hogy a DNS a következő négy nukleotidból épül fel: adenin (A), citozin (C), guanin (G) és timin (T), valamint, hogy ezek a nukleotidok alkotják az RNS-t is, annyi kivétellel, hogy a timin helyett uracil (U) található benne.61
Az 1930-40-es években Theodosius Dobzhansky ukrán biológus Morgan légyszobájában végezte a muslicákkal való kísérleteit, amihez segítségül hívta az addigra már szinte elfeledett genotípus és fenotípus fogalmát, melyeket a következőképpen határozott meg:
a fenotípust egyenlővé tette a genotípus plusz a környezet hatásaival és a külső impulzusokkal (véletlen események, amelyek aktiválják egy-egy gén működésbe lépését), valamint az eséllyel (úgy mint életkor, környezeti tényezők, és akár a balszerencse is idesorolható).62 „Örök érvényű törvény, hogy a természetes kiválasztódás egyetlen dolgot keres (a rátermettséget), de néha mást is talál (alkalmasságot előidéző géneket). [...] Nem létezik tökéletesség – csak kényszerű
58 MUKHERJEE i.m. 140. o.
59 MUKHERJEE i.m. 140. o.
60 Ralf DALHM:Friedrich Miescher and the discovery of DNA, Development Biology, 2005 Feb 15 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012160604008231?via%3Dihub (Letöltés ideje: 2021. május 30.)
61 MUKHERJEE i.m. 160-161. o.
62 MUKHERJEE i.m. 129. o.
alkalmazkodás a változó viszonyokhoz.”63 Dobzhansky felfedezései csak tovább erősítették meggyőződését és ő lett korának egyik legádázabb szószólója az eugenikai mozgalmak ellen.
Hiszen felismerte, hogy „variációk – jelentős genetikai diverzitás – nélkül nincs evolúció”,64 „a természetben a genetikai változatosság norma, és nem kivétel.”65 Rájött arra is, hogy a mutáció nem több, mint variáció és hogy „morális vagy biológiai értelemben egyik sem felsőbbrendű a többinél – egyszerűen arról van szó, hogy az állomány egyedei kevésbé vagy jobban alkalmazkodtak az adott viszonyokhoz.”66
Oswald Avery amerikai mikrobiológus két asszisztensével, Colin MacLeoddal és Maclyn McCarty-val 1940 augusztusában kémcsőben értek el in vitro transzformációt, majd az így nyert anyagot el kezdték szétválasztani, „egyenként kivontak a keverékből minden kémiai alkotórészt, majd minden esetben megvizsgálták, hogy a maradék képes-e genetikai információ átvitelére.”67 Bár eleinte kétkedve hitték el a kutatók saját eredményeiket, de 1943-ra már biztosan tudták, hogy a DNS a genetikai információ hordozója és ebből az anyagból épülnek fel a gének. Oly annyira kételkedtek a kapott eredményeikben, hogy Avery ezt írta bátyjának:
„Ki gondolta volna? Ha igazunk van - ami természetesen még nem bizonyított -, akkor a nukleinsavak nem egyszerű strukturális elemek, hanem funkcionálisan aktív szubsztanciák...amelyekkel lehetségessé válik a kiszámítható és örökletes változások előidézése a sejtekben.”68
Bár ezt a felfedezést követően sokan próbálkoztak a DNS struktúrájának kiderítésével, azonban az csak James Watsonnak és Francis Cricknek sikerült 1953-ban, amikor elkészítették a DNS kettősspirál (kettős hélix) szerkezetét, melyet április 25-én a Nature magazinban publikáltak.69 Watson személyes beszámolójában így írt a felfedezésről: „A következő hét közepéig egy fia ötletem sem támadt. Aztán egyszerre megvolt! [...] Most kezdtem tűnődni azon, hogy vajon valamennyi DNS molekula két láncból áll-e, azonos bázissorrenddel, amit az azonos bázispárok közötti hidrogénkötések tartanak össze. [...] Ha ez a DNS, akkor a felfedezés bejelentése bombarobbanás lesz.”70 Watson ezt követően, miután megtalálták arra a kérdésre a választ, hogy a DNS hogyan néz ki, így nyilatkozott: „Mivel már tudjuk, hogy a DNS rendkívül
63 MUKHERJEE i.m. 130. o.
64 MUKHERJEE i.m. 132. o.
65 MUKHERJEE i.m. 132. o.
66 MUKHERJEE i.m. 132. o.
67 MUKHERJEE i.m. 162.o.
68 MUKHERJEE i.m. 163. o.
69 MUKHERJEE i.m. 185.o.
70 James D. WATSON: Személyes beszámoló a DNS szerkezetének felfedezéséről, In: CSEHI – MIKÓ (szerk.) i.m. 173-174. o.
rendezett szerkezettel bír, meg kell fejtenünk azt a rejtélyt, hogy a rendezett szerkezetben tárolt elképesztő mennyiségű információ hogyan határozza meg az élő szervezetek jellemzőit.”71 Ekkor fordult a világ afelé a kérdés felé, hogy vajon ez a kód megfejthető-e.
1958-ban Arthur Kornberg Nobel-díjas biokémikus sikerrel járt kísérletei során, amikor is szintetizálta a DNS-t, vagyis előállította alegységeiből a gént.72 Ehhez a DNS-polimeráz felfedezésére volt szüksége, amely a DNS-replikáció (más néven DNS-másolás) szempontjából a legfontosabb enzim. A szakirodalom szerint Kornberg felfedezése segített a biotechnológiai forradalom elindításában és megalapozta a gén szekvenálását is.73
1959-ben Arthur Pardee amerikai baktériumgenetikus, valamint kollégái, Francois Jacob és Jacques Monod francia baktériumgenetikusok a tanulmányukban (amit Pa-Ja-Mo cikknek vagy egyszerűen csak pizsamacikknek hívnak) megosztották a világgal felfedezésüket, méghozzá azt, hogy bár „minden sejt ugyanazt a génkészletet tartalmazza, bizonyos géncsoportok aktiválása és blokkolása lehetővé teszi, hogy egy-egy sejt reagáljon a környezeti változásokra.”74 Ezzel megválaszolták a genetika egyik legfontosabb kérdését, vagyis azt, hogy
„meghatározott génkészlettel rendelkező organizmusok hogyan képesek gyorsan reagálni a környezeti változásokra.”75 Választ találtak továbbá arra az elengedhetetlen embriogenetikai alapkérdésre is, miszerint „azonos génkészlettel rendelkező sejtekből hogyan jöhet létre a magzat többezernyi sejttípusa.”76