Borító

A bookline könyv beleolvasó promóciójához, részlet
MÁSOLNI, TOVÁBBADNI, MEGOSZTANI TILOS!
A szerzői és kapcsolódó jogok megsértésének büntetőjogi következményei vannak!
Helikon Kiadó 2021

Részlet

Bevezetés Irány a szakadék!

Jennifer Doudna nem tudott aludni. Berkeley-ben szupersztárnak tartották a CRISPR-ként ismert génszerkesztő eljárás feltalálásában játszott szerepének köszönhetően, de az egyetem éppen akkor zárta be a kampuszt a gyorsan terjedő koronavírus-pandémia miatt. Legjobb meggyőződése ellenére kocsival elvitte végzős középiskolás fiát, Andyt a vasútállomásra, hogy el tudjon utazni Fresnóba, a robotépítő versenyre. Most, hajnali 2-kor felébresztette a férjét, és bizonygatta, hogy Andyt haza kell hozni, mielőtt elkezdődik a bajnokság, amelyen ezerkétszáznál több gyerek zsúfolódik be egy gyűlésterembe. Felöltöztek, beültek az autóba, találtak egy nyitva tartó benzinkutat, és nekivágtak a háromórás útnak. A fiú volt az egyetlen gyermekük, és nem örült, amikor meglátta őket, de sikerült rávenniük, hogy pakoljon össze és menjen velük. Még ki sem értek a kocsival a parkolóból, amikor Andy kapott egy sms-t a csapatától: „A robotversenyt törölték! Minden gyerek azonnal induljon haza!”

Doudna úgy emlékszik vissza erre a pillanatra, mint amelyben rájött, hogy az ő saját világa és a tudományé is megváltozott. A kormány elügyetlenkedte a Covid ellen tett válaszlépéseket, ezért ideje volt, hogy a professzorok és a végzős hallgatók megragadják kémcsöveiket, majd magasra emelt pipettákkal nekirontsanak a szakadéknak. Másnap – 2020. március 13-án – az asszony elnökölt azon a találkozón, amelyen Berkeley-ben dolgozó kollégáival és az Öböl-térség más tudósaival megbeszélték, hogy milyen szerepet vállalhatnának.

Tucatnyian vágtak át az elhagyott berkeley-i kampuszon a labornak helyet adó csillogó, kőből és üvegből épített épület felé. A földszinti ülésteremben a székek egy halomba összetolva álltak, ezért első dolguk az volt, hogy egymástól kétméteres távolságra húzzák szét őket. Ezután bekapcsolták a videórendszert, hogy a közeli egyetemekről további ötven kollégájuk is csatlakozhasson hozzájuk a Zoom segítségével. Amikor Doudna kiállt eléjük, hogy üdvözölje őket, az arcáról feszült figyelem sugárzott, amelyet rendszerint elrejtett a nyugalom álarca.

– Ez nem olyasmi, amit a tudósok általában tesznek – közölte az egybegyűltekkel. – Közbe kell lépnünk!

Célszerűnek látszott, hogy a vírus ellen küzdő csapatot a CRISPR egyik úttörő kutatója vezesse. Ez a génszerkesztő eszköz, melyet Doudna másokkal közösen fejlesztett ki 2012-ben, egy olyan trükkön alapul, amelyet a baktériumok több mint egymilliárd éve használnak a vírusokkal vívott harcban. A DNS-ükben többször ismétlődő, CRISPR-eknek nevezett szekvenciák alakultak ki, amelyek segítségével emlékeznek az ellenük támadó vírusokra, és elpusztítják őket. Magyarán ez egyfajta immunrendszer, amely a vírusok egymás után érkező hullámainak leküzdéséhez adaptálódhat – pontosan az, amire nekünk is szükségünk van egy olyan korban, amelyben ismételt vírusjárványok sújtanak minket, mintha még mindig a középkorban élnénk.

A mindig felkészült és precíz Doudna (a neve úgy ejtendő, hogy daúdna) olyan módszereket mutatott a prezentációjában, amelyeket a koronavírus ellen bevethetnének. Figyelmesen hallgatták. Noha tudományos hírességnek számított, az emberek kellemesen el tudtak vele beszélgetni. Szoros napirendje ellenére is mindig ügyesen szakított időt az érzelemgazdag emberi kapcsolatokra.

Először azt a csoportot jelölte ki, amelynek a koronavírus-tesztelő labort kellett felállítania. A részleg egyik vezetőjének egy tudományos segédmunkatársát1, Jennifer Hamiltont nevezte ki, aki hónapokkal korábban egy napon át tanított engem arra, hogyan lehet a CRISPR-rel emberi géneket szerkeszteni. Az eljárás nagyon tetszett, de kicsit megijedtem, hogy mennyire könnyű. Még én is meg tudtam volna csinálni!

Egy másik csoport azt a feladatot kapta, hogy új, a CRISPR-en alapuló koronavírusteszteket fejlesszen ki. Ebben kapóra jött, hogy Doudna kedvelte a kereskedelmi vállalkozásokat. Három évvel korábban két frissen végzett hallgatóval maga is alapított egy céget, amely a CRISPR-t használta eszközként a vírusbetegségek kimutatására.

A koronavírus érzékelésére alkalmas új módszerek felfedezésén dolgozó kutatónő újabb frontot nyitott az ország másik felén dolgozó vetélytársával vívott szenvedélyes, de sikerekben gazdag küzdelemben. A harvardi MIT Broad Intézetében Feng Zhang, ez a kedves, fiatal, kínai születésű, majd Iowában nevelkedett tudós 2012 óta volt a riválisa a CRISPR génszerkesztő eszközzé formálásáért indított versenyben, és azóta is komoly vetélkedés folyt közöttük az új tudományos felfedezések és a CRISPR-en alapuló vállalkozások alapítása terén. Most, a pandémia kitörésével ismét elkezdődött közöttük a verseny, amelyben ezúttal nem az új szabadalmak elérése ösztönözte őket, hanem a vágy, hogy valami jót tegyenek.

Doudna tíz projektet indított el. Mindegyiknél javaslatot tett a vezetők személyére, a többieknek pedig azt mondta, válasszanak maguknak csoportot. Olyan párokat kellett kialakítaniuk, amelyeknek a tagjai ugyanazt a funkciót látták el, így fel lehetett állítani egy olyan rendszert, hogy ha valakire lecsapna a vírus, mindig lesz, aki a helyére lép, és folytatja a munkáját. Ez volt az utolsó személyes találkozó. Megegyeztek benne, hogy ezután a csoportok a Zoom és a Slack segítségével folytatják az együttműködést.

– Szeretném, ha mindenki gyorsan munkához látna – jelentette ki a kutatónő. – Nagyon gyorsan.

– Ne aggódj! – nyugtatta meg az egyik résztvevő. – Senki sem tervez semmilyen utazást.

A résztvevők közül azonban senki sem vetett fel egy hosszú távú lehetőséget: ha a CRISPR-t arra használnánk, hogy örökölhető változásokat hozzunk létre emberekben, azzal ugyan elérhetnénk, hogy gyermekeink és leszármazottaink kevésbé legyenek védtelenek a vírusfertőzésekkel szemben, viszont ezek a genetikai fejlesztések maradandó változásokat idéznének elő az emberi fajban.

– Ez már a tudományos fantasztikum világába tartozik – válaszolta elutasítóan Doudna, amikor a gyűlés után megemlítettem a témát.

Egyetértettem vele abban, hogy kicsit olyan ez, mint a Szép új világ vagy a GATTACA, de mint minden jó tudományos-fantasztikus műnél, úgy bizonyos elemek már ebben az esetben is megvalósultak. 2018 novemberében egy fiatal kínai tudós, aki részt vett Doudna valamelyik konferenciáján, a CRISPR-t arra használta, hogy embriókból eltávolítsa az AIDS kórokozója, a HIV receptorát kódoló gént. Az így született ikerlányok lettek a világ első „dizájner-babái”. Az eseményt azonnal álmélkodás, majd megdöbbenés követte. Magasba lendültek a karok, és bizottságokat hívtak össze. A földi élet hárommilliárd éves evolúciója után egy faj (a mi fajunk) megszerezte azt a tudást és bátorságot, hogy a kezébe ragadja saját genetikai jövőjének irányítását. Olyan érzés volt, mintha egy teljesen új korszak, talán egy szép új világ küszöbét léptük volna át. Ugyanaz történt, mint amikor Ádám és Éva beleharapott az almába, vagy Prométheusz elorozta a tüzet az istenektől.

Saját génjeink szerkesztésére alkalmas újonnan szerzett képességünk felvet néhány figyelemre méltó kérdést. Kell-e változtatni fajunkon, hogy kevésbé legyünk fogékonyak a halálos vírusokra? Csodálatos jótétemény lenne! Igaz? Használhatjuk-e a génszerkesztést arra, hogy felszámoljuk az olyan szörnyű betegségeket, mint a Huntington-kór, a sarlósejtes anémia és a cisztás fibrózis? Ez is jól hangzik. Mi a helyzet a süketséggel és a vaksággal vagy az alacsony növéssel és a depresszióval? Hmm… Mit gondoljunk ezekről? Ha néhány évtized múlva lehetségessé és biztonságossá válik az eljárás, lehetővé tegyük-e a szülőknek, hogy feljavítsák gyermekeik IQ-ját és izomzatát? Dönthetnek-e majd csemetéik szem- és bőrszínéről vagy testmagasságáról?

Hohó! Álljunk meg egy pillanatra, mielőtt ennek a csúszós lejtőnek az aljára érnénk! Hogyan hat majd ez a társadalom sokszínűségére? Nem gyengíti-e a bennünk lakozó empátiát és mások elfogadásának érzését, ha többé már nem a természet véletlen sorshúzása dönt adottságainkról? Ha a genetikai áruház kínálata nem ingyenes (márpedig nem lesz az), akkor felmerül a kérdés, hogy nem fokozza-e mindez nagymértékben az egyenlőtlenséget, és nem kódolja-e bele visszafordíthatatlanul az emberi fajba. El kell dönteni azt is, hogy ezekben a kérdésekben kizárólag az egyedekre hagyhatjuk-e a döntést, vagy a társadalom egészének kellene állást foglalnia. Lehet, hogy meg kell határoznunk néhány szabályt.

És ezt nekünk kell megtennünk. Önnek, nekem, mindannyiunknak, közösen. A 21. század egyik legkomolyabb következményekkel járó kérdése, hogy szerkeszthetjük-e a saját génjeinket, és ha igen, mikor. Ezért úgy véltem, hasznos lenne tudnunk, hogyan történik. Emellett a vírusok járványainak visszatérő hullámai fontossá teszik, hogy ismerjük a természettudományokat. Sok örömet okoz megismerni valaminek a működését, különösen akkor, ha ez a valami éppen mi vagyunk. Doudna megízlelte ezt az örömöt, és nekünk is részünk lehet benne. Erről szól ez a könyv.

A CRISPR feltalálása és a Covid-járvány meggyorsítja átmenetünket a modern idők harmadik nagy forradalma felé. Ezek a forradalmak azokból a felfedezésekből indultak ki, amelyek alig több mint egy évszázada kezdődtek, és létezésünk három alapvető pilléréhez kapcsolódnak: az atomhoz, a bithez és a génhez.

A 20. század első felében Albert Einstein 1905-ös, a relativitásról és a kvantumelméletről szóló közleménye indította el a fizika forradalmát. Ezt a csodálatos évet öt olyan évtized követte, amelyek során a teóriái elvezettek az atombombához és a nukleáris energiához, a tranzisztorokhoz és az űrhajókhoz, a lézerekhez és a radarhoz.

A 20. század második fele információtechnológiai korszakának az az elképzelés volt az alapja, hogy minden információ bináris számjegyekkel – bitekkel – kódolható, és minden logikai folyamatot el lehet végeztetni logikai ki-be kapcsolókból álló áramkörökkel. Az 1950-es években ez tette lehetővé a mikrocsip, a számítógépek, majd az internet kifejlesztését. Ennek a háromnak az egyesítése indította el a digitális forradalmat.

Mára eljutottunk a harmadik és még jelentősebb, az élettel foglalkozó tudományok forradalmának korszakába. A digitális kódolást tanulmányozó nemzedékhez csatlakoznak azok, akik a genetikai kódot tanulmányozzák.

Amikor Doudna végzős diák volt az 1990-es években, a biológusok a DNS-ünk által kódolt gének feltérképezéséért versenyeztek. Ám a kutatónőt jobban érdekelte a DNS kevésbé felkapott testvére, az RNS. Ez az a molekula, amely a sejten belül a tényleges munkát végzi azzal, hogy a DNS-ben tárolt kód másolataként a fehérjék elkészítését közvetlenül irányítja. Doudnát az RNS megértésére irányuló törekvés a legalapvetőbb kérdés felé irányította: hogyan kezdődött az élet? Olyan RNS-molekulákat tanulmányozott, amelyek meg tudták sokszorozni önmagukat, és így felmerült az a lehetőség, hogy a bolygónkon négymilliárd évvel ezelőtt létező vegyületek levesében ezek kezdtek el reprodukálódni már a DNS létezése előtt.

Biokémikusként Berkeley-ben az élet molekuláinak tanulmányozása közben a szerkezetükre koncentrált. A biológiai krimikben egy nyomozó abból szerzi a legalapvetőbb információkat egy molekula más molekulákkal zajló interakcióiról, hogy megállapítja, milyen csavarodások és hajlatok találhatók benne. Doudna esetében ez az RNS struktúrájának tanulmányozását jelentette. Rosalind Franklin DNS-sel végzett munkájának révén fedezte fel James Watson és Francis Crick 1953-ban a DNS kettős spirál szerkezetét. Történetesen úgy alakult, hogy Watson, ez a bonyolult személyiség többször is megjelent Doudna életében.

A kutatónőnek az RNS tárgykörében szerzett szakértelme vezetett el oda, hogy felhívta Berkeley-ből egy biológus, aki azt a CRISPR-rendszert tanulmányozta, amelyet a baktériumok fejlesztettek ki a vírusokkal vívott harcukban. Mint az alaptudományok rengeteg felfedezéséről, úgy erről is kiderült, hogy gyakorlati jelentősége is van – a joghurtban található baktériumkultúrák védelme például eléggé közismert. Ám 2012-ben Doudna és mások rájöttek egy korszakos felismerésre: arra, hogy hogyan lehet a CRISPR-t génszerkesztő eszközé változtatni.

A módszert ma már a sarlósejtes anémia, bizonyos rákok és a vakság kezelésére is használják. 2020-ban Doudna és csoportja elkezdte vizsgálni, hogyan lehetne a segítségével kimutatni és elpusztítani a koronavírust.

– A baktériumokban a CRISPR evolúciója a vírusokkal hosszú ideje vívott háború következtében zajlott le – mondja Doudna. – Nekünk, embereknek nincs időnk rá, hogy kivárjuk, amíg a sejtjeinkben kifejlődik a természetes rezisztencia a vírus ellen. Erre a saját leleményességünket kell felhasználnunk. Vajon a CRISPR-nek nevezett ősi bakteriális „immunrendszer” alkalmas-e egy ilyen eszköz szerepére? Ez a szépséges a természetben.

Ó, igen! Emlékezzünk erre a mondatra: a természet szépséges. Ez a könyv másik témája.

A génszerkesztés területén más sztárokkal is találkozhatunk. A legtöbbjük kiérdemelte, hogy életrajzok, sőt mozifilmek főszereplője legyen (mondjuk egy olyané, amely az Egy csodálatos elme és a Jurassic Park egyvelege). Ők is fontos szerepet játszanak a kötetben, mert meg akarom mutatni, hogy a tudomány csapatsport. Ám azt is érzékeltetni akarom, milyen hatással lehet rá egy állhatatos, rendkívül kíváncsi, makacs és erősen kompetitív játékos. Jennifer Doudna mosolya néha (de nem mindig) elfedi a tekintetéből kiolvasható óvatosságot, és kiderült róla, hogy kiválóan alkalmas egy ilyen központi figura szerepére. Van annyi érzéke az együttműködéshez, amennyivel minden tudósnak rendelkeznie kell, de a karakterében megtalálható a legtöbb nagy feltaláló versenyszelleme is. Képes uralkodni az érzelmein, és könnyedén elfogadja a sztárszerepet.

Kutatóként, Nobel-díjasként és közszereplő gondolkodóként élt élete a CRISPR történetét nagyobb történelmi kérdések dimenziójába helyezi, így a nők tudományban betöltött szerepének kérdését is felveti. A munkássága Leonardo da Vinciéhez hasonlóan azt is illusztrálja, hogy az innováció kulcsa az alaptudomány iránti kíváncsiság összekapcsolása a mindennapi életben – a betegágynál – alkalmazható eszközök kidolgozásának gyakorlati munkájával.

Története elmesélésétől azt remélem, hogy közvetlen bepillantást engedek a tudomány működésébe. Mi történik valójában egy laborban? Mennyire függenek a felfedezések az egyén zsenialitásától, és milyen mértékben válik meghatározóbbá a csapatmunka? Tönkretette-e az együttműködést a díjakért és a szabadalmakért folyó versengés?

Mindenekelőtt az alaptudományok fontosságát akarom érzékeltetni – azét a tudományét, amelyben a kutatást inkább a kíváncsiság, és nem annyira a gyakorlati alkalmazás lehetősége ösztönzi. A természet csodáinak a megismerés vágya által motivált kutatása néha előre nem látható módon hozza létre a későbbi innovációk csíráit. A felületi állapot fizikájának tanulmányozása vezetett el végül a tranzisztorhoz és a mikrocsiphez. A baktériumok vírusok elleni bámulatba ejtő harcának a tanulmányozása vezetett el minket azoknak a génszerkesztő eszközöknek a megismeréséhez, amelyek az embert a vírusok ellen folytatott küzdelmében segítik.

Ez a történet a legnagyobb kérdésekre keresi a választ az élet eredetének problémájától kezdve az emberi faj jövőjének titkáig. A történet elején egy hatodikos kislánnyal ismerkedünk meg, aki imád az „alvófű” és hasonló lenyűgöző jelenségek után kutakodni Hawaii vulkanikus sziklái között, majd egy nap az iskolából hazaérkezve talál az ágyán egy könyvet – egy detektívtörténetet azokról az emberekről, akik felfedeztek valamit, amit némi túlzással rögtön kikiáltottak „az élet titkának”.

Első rész Az élet eredete

És ültete az Úr Isten egy kertet Édenben, napkelet felől,

és abba helyezteté az embert, akit formált vala.

És nevele az Úr Isten a földből mindenféle fát,

tekintetre kedvest és eledelre jót,

az élet fáját is, a kertnek közepette,

és a jó és gonosz tudásának fáját.

A Teremtés Könyve 2:8–92

fotó Jennifer Hilóban (balra); Don Hemmes (jobbra)

fotó Ellen, Jennifer, Sarah, Martin és Dorothy Doudna

1. fejezet Hilo

A haole

Ha Amerika valamelyik más táján nőtt volna fel, Jennifer Doudna átlagos gyereknek érezhette volna magát, ám Hilóban, amely a vulkáni eredetű Hawaii Nagy-szigetének legnagyobb városa, a szőkesége, a kék szeme és a nyúlánk termete szokatlannak számított. Ahogy később fogalmazott: „olyan érzésem volt, mintha torzszülött lennék”. A többi gyerek sokat szekálta; különösen a fiúk, mert velük ellentétben neki szőrös volt a karja. Haolénak nevezték, ami nem olyan rossz, mint amilyennek hangzik, bár gyakran pejoratív értelemben használták a nem bennszülöttekre. Az élmény befészkelte magát az óvatosság vékony felszín alatti kérgébe, amely később átalakult derűs és kedves magatartássá.

A családi emlékezet megőrizte a történetét Jennifer egyik dédanyjának, aki szülei három fiúgyermeke mellett egyike volt a három lánynak. A család nem tudta fizetni a hat gyermek taníttatását, ezért úgy döntöttek, hogy a három lányt küldik iskolába. Jennifer dédanyja tanítónő lett Montanában, és naplót vezetett, amelyet az egymást követő generációk is megörököltek. Állhatatos kitartásról, csonttörésekről, a családi üzletben végzett munkáról és a határvidék más viszontagságairól szólnak a történetek, és mint Jennifer nővére, Sarah, a napló jelenlegi őrzője megjegyezte, a dédmama „kemény és konok, úttörő szellemmel megáldott” nő volt.

Hozzá hasonlóan Jennifer is két nővérével nőtt fel, de neki nem voltak fiútestvérei. Legidősebbként ő volt apja kedvence, aki néha úgy emlegette gyermekeit, hogy „Jennifer és a lányok”. 1964. február 19-én született Washingtonban, ahol apja a védelmi minisztérium beszédírójaként dolgozott. Mivel egyetemen szeretett volna amerikai irodalmat tanítani, ezért feleségével, a közösségi főiskolai tanár Dorothyval Ann Harborba költözött, és beiratkozott a Michigani Egyetemre.

Miután ledoktorált, ötven munkahelyre adta be a jelentkezését, de csak a Hawaii Egyetemről, Hilóból kapott állásajánlatot. Kölcsönvett 900 dollárt a felesége nyugdíjalapjából, és családostul odaköltöztek 1971 augusztusában, amikor Jennifer hétéves volt.

Sok kreatív ember – és a legtöbbje azoknak, akikről írtam, köztük Leonardo da Vinci, Albert Einstein, Henry Kissinger és Steve Jobs – úgy nőtt fel, hogy idegennek érezte magát a környezetében. Ez volt a helyzet Doudnával is: szőke lány a hilói polinéz gyerekek között.

– Nagyon-nagyon magányos és elszigetelt voltam az iskolában – mondja.

Harmadikban annyira kitaszítottnak érezte magát, hogy táplálkozási problémák jelentkeztek nála.

– Emésztési zavarokkal küszködtem, és később rájöttem, hogy ezek hátterében a stressz áll. A gyerekek nap mint nap csúfoltak.

A könyveibe temetkezett, az olvasás jelentette számára a menedéket a külvilággal szemben. – Ide senkit sem eresztek be – mondogatta magának.

Hasonlóan azokhoz, akik szintén kívülállónak érezték magukat, olyan kérdések kezdték foglalkoztatni, hogy mi lehet az ember szerepe a teremtésben:

– Meghatározó élmény volt számomra, amikor megpróbáltam rájönni, ki vagyok valójában, és hol a helyem ebben a világban – mondta később.

Szerencsére az elidegenedés érzése nem bizonyult tartósnak. Kisiskolánként jobb lett a közérzete, kialakított egy barátságos viselkedést, és kora gyermekkorában elszenvedett lelki sérüléseinek emléke is elhalványult. Csak ritkán érzett hasonlót: például amikor elutasították egy szabadalmi kérelmét, vagy ha egy férfi kollégája megpróbált eltitkolni valamit, vagy félre akarta vezetni.

A kivirágzás

A helyzet a harmadik osztály közepe táján kezdett javulni, amikor a család átköltözött Hilo központjából egy olyan lakóparkba, amelyet a Mauna Loa vulkán oldalának magasabb részén húzódó erdős lejtőkön építettek, távol a kíváncsi tekintetektől. Jennifer a nagy iskolából – ahol hatvanan jártak egy osztályba – átiratkozott egy kisebb tanintézetbe, amelyben csak húszan voltak egy tanteremben. Az Egyesült Államok történetét is tanulták, és ez segített Jennifernek átérezni, hogy tartozik valahová.

– Ez volt a fordulópont – idézte fel később.

Olyan jól teljesített, hogy mire ötödikes lett volna, a matematikát és a természettudományokat oktató tanárai arra buzdították, hogy ugorjon át egy osztályt, ezért a szülei hatodikba íratták be.

Abban az évben végre lett egy közeli barátnője, aki egész életében az is maradt. Lisa Hinkley (ma Lisa Twigg-Smith) klasszikus vegyes származású hawaii családból származott: skót, dán, kínai és polinéz felmenői voltak.

– Amikor szemét haolénak neveztek, összehúztam magam – emlékezett vissza Doudna –, de ha valaki Lisával kötözködött, ő a sértegető szemébe nézve azonnal visszavágott. Elhatároztam, hogy én is ilyen leszek.

Egyszer megkérdezték az osztály tanulóit, mi lesz belőlük, ha felnőnek, és Lisa kijelentette, hogy ejtőernyős.

– Arra gondoltam, hogy ez nagyon klassz. El sem tudtam képzelni, hogy ezt válaszoljam. Ő határozott volt, én pedig nem, de elhatároztam, hogy én is megpróbálok ilyen lenni.

Doudna és Hinkley délutánonként biciklizett és a cukornádültetvényeket járta. A sziget buja, változatos növényzetében a moha- és gombafélék mellett a barack- és cukorpálmafák is előfordulnak. A lányok a tisztásokon páfránnyal borított bazalttömböket találtak. A lávafolyás menti barlangokban élt egy szem nélküli pókfaj. Doudnában felmerült a kérdés, hogyan alakulhatott ki egy ilyen állat. Nagyon tetszett neki egy tüskés kúszónövény, a hialahila, más néven „alvófű”, amelynek páfrányéhoz hasonló levelei bezárulnak, amikor megérintik őket.

– Azt kérdeztem magamtól – idézi fel –, vajon mi lehet a magyarázata ennek a jelenségnek.

A természet csodáival naponta találkozunk, legyen az egy növény, amely képes a mozgásra vagy a naplemente, amelynek rózsaszín fényei belefolynak a mélykék égbe. A valódi kíváncsiság az, amikor elgondolkodunk a jelenségek okain. Mitől kék az ég, mitől rózsaszínű a naplemente, és mitől csukódnak össze az alvófű levelei?

Doudna hamarosan talált valakit, aki segített megtalálni a választ ezekre a kérdésekre. A szülei jó barátságban voltak Don Hemmes biológiaprofesszorral, akivel a család gyakran tett közös sétát a természetben.

– Eljártunk kirándulni a Waipio-völgybe és a Nagy-sziget más helyeire gombákat keresni, amelyek tudósként is érdekeltek – emlékezik vissza Hemmes.

Miután lefényképezte a gombákat, elővette gombahatározó könyvét, és megmutatta Doudnának, hogyan lehet őket azonosítani. A strandon mikroszkopikus méretű kagylókat gyűjtöttek, és a lánnyal közösen osztályozták őket, miközben megpróbáltak rájönni, hogyan ment végbe az evolúciójuk.

Az apja vett Jennifernek egy lovat, egy pejszínű heréltet, és egy fanyar ízű gyümölcsöt termő hawaii fa után Mokihanának nevezték el. Jennifer eljárt futballozni az iskolai csapatba, amelyben fedezetet játszott. Ezt a posztot nehezen tudták betölteni a csapatánál, mert jó futó kell hozzá hosszú lábakkal, és komoly állóképességre volt hozzá szükség.

– Jó analógia arra, ahogyan a munkát megközelítem – mondta. – Kerestem az olyan lehetőségeket, amelyet mások még nem használtak ki. Azt a posztot, amelyre nincs túl sok olyan jelentkező, akinek a tudásszintje megegyezik az enyémmel.

A matematika volt a kedvenc tantárgya, mert a bizonyítások levezetése arra emlékeztette, ahogyan egy nyomozó dolgozik. Volt egy derűs természetű és szenvedélyes biológiatanára is, Marlene Hapai, aki csodálatos módon tudta megosztani diákjaival a felfedezés örömét.

– Azt tanította nekünk, hogy a tudomány a dolgok kitalálásának folyamata – meséli róla Doudna.

Az iskolában egyre jobban teljesített, de nem érezte úgy, hogy komolyabb elvárásokat támasztanának vele szemben:

– Szerintem a tanárok nem vártak túl sokat tőlem.

Sajátságosan reagált a helyzetre: a kihívások hiánya arra ösztönözte, hogy még rámenősebb legyen.

– Elhatároztam, hogy belevágok, aztán lesz, ami lesz – emlékezett vissza. – Így könnyebben vállaltam kockázatot, és később a tudományos munkám során is ezt tettem, amikor én döntöttem el, hogy milyen projekten dolgozzam.

Az apja volt az egyetlen, aki folyamatosan ösztönözte őt. Úgy tekintett rá, hogy ők ketten rokon lelkek a családban. Olyan intellektuális lénynek tartotta a lányát, akinek egyetemi és tudományos pálya rendeltetett.

– Mindig úgy éreztem, mintha én lennék az a fiúgyermek, akire vágyott – mondja a kutatónő. – Kicsit másképpen bánt velem, mint a húgaimmal.

James Watson könyve: A kettős spirál

Doudna apja falta a könyveket. Minden szombaton nagy halom olvasnivalót vett ki a helyi könyvtárból, és a következő hétvégéig be is fejezte őket. Emerson és Thoreau volt a kedvenc szerzője, de miközben Jennifer felnőtt, Martin Doudna ráébredt, hogy a tanítványainak addig többnyire férfi írókat ajánlott, ezért felvette a tantervbe Doris Lessinget, Anne Tylert és Joan Didiont is.

Gyakran fordult elő, hogy a könyvtárból vagy a helyi antikváriumból Jennifernek is vitt olvasnivalót. Így történt, hogy egy nap James Watson A kettős spirál című kötetének használt, puha fedeles kiadása várta a lányát az ágyán, amikor hazaért az iskolából.

Jennifer először félretette, mert azt hitte, hogy detektívtörténet. Amikor egy esős vasárnap délutánján végül mégis elkezdte olvasni, úgy vélte, hogy bizonyos értelemben igaza is volt. Miközben gyorsan olvasta az oldalakat, rabul ejtette a nyomozás erőteljes, személyes hangvételű drámája, az életszerűen ábrázolt szereplők, a sürgető vágy és a verseny azért, hogy megismerjük a természet belső igazságát.

– Amikor végeztem, apuval megbeszéltük a könyvet – idézi fel. – Tetszett neki a történet és különösen annak mélyen személyes vonatkozásai; a kutatás emberi oldala.

A kötetben Watson drámaian (túlontúl drámaian) ábrázolja, ahogy egy huszonnégy éves beképzelt biológiahallgató az amerikai közép-nyugatról eljut Angliába, a Cambridge-i Egyetemre, ahol sorsa összefonódik a biokémikus Francis Crickével, majd 1953-ban együtt megnyerik a DNS szerkezetének megismeréséért folyó versenyt. A könyv annak a rámenős amerikainak a sziporkázó stílusában íródott, aki mesterien elsajátította az angol elitre jellemző, egyszerre önkritikus és mégis hencegő előadásmódot, ugyanakkor sikerült jókora adag tudományt is becsempésznie a híres professzorok gyarlóságairól, a flörtökről, a teniszről, a laborkísérletekről és a délutáni teázásról szóló pletykák közé.

Az önmagát tapasztalatlan, de szerencsés fickónak beállító Watson mellett a kötet legérdekesebb szereplője Rosalind Franklin strukturális biológus és krisztallográfus, akinek az adatait az engedélye nélkül használták fel. Az 1950-es évekre jellemző nemtörődöm szexizmus jegyében Watson leereszkedően Rosyként emlegeti – pedig a nő ezt a nevet sohasem használta –, miközben gúnyt űz komoly megjelenéséből és távolságtartó modorából. Ugyanakkor nem hallgatja el, hogy mennyire tiszteli Franklint komoly tudományos ismereteiért és azért, mert valóságos művészetté fejlesztette a molekulák szerkezetének feltárására szolgáló röntgendiffrakciót.

– Azt hiszem, észrevettem, hogy kissé lekezelően viselkedtek vele, de az volt a legnagyobb felismerésem, hogy egy nő is lehet nagyszerű tudós – mondja Doudna. – Ez nyilván kicsit hülyén hangzik, mert minden bizonnyal hallottam már Marie Curie-ről, de ez a könyv nyitotta fel a szememet, és ekkor gondolkodtam el azon, hogy nők is lehetnek tudósok.

Jennifer ugyancsak a könyvnek köszönhetően értett meg a természetről valamit, ami egyszerre volt logikus és lenyűgöző. Az élőlényeket biológiai mechanizmusok irányítják, beleértve azt a csodálatos jelenséget, amely az esőerdőbe tett túrái során megragadta a figyelmét.

– Hawaiion felnőve szerettem apuval a természetben olyan érdekes jelenségeket megfigyelni, mint az alvófű, amely érintésre összehúzódik – emlékezik vissza. – A könyv miatt ébredtem rá, hogy annak az okait is megpróbálhatjuk kideríteni, miért működik így a természet.

Doudna pályáját az a tudás formálta, amely A kettős spirál egyik lényeges eleme: egy kémiai molekula alakja és szerkezete határozza meg azt, hogy milyen biológiai szerepet tölthet be. Ez csodálatos felismerés azok számára, akiket az élet alapvető titkainak a feltárása érdekel. A kémia – annak a tudománya, hogy az atomok miként egyesülnek molekulává – ilyen módon válik biológiává.

Tágabb értelemben Jennifer pályafutására az a felismerés is hatott, hogy igaza volt, amikor először megpillantotta az az ágyán A kettős spirált, és arra gondolt, hogy ez is az az általa kedvelt detektívtörténetek egyike. „Mindig is imádtam a titokzatos történeteket – írta évekkel később. – Lehet, hogy ez megmagyarázza csodálatomat a tudomány iránt, amely az emberiség kísérlete arra, hogy megértse az általunk ismert legősibb titkot: a természeti világ eredetét és működést, valamint az abban elfoglalt helyünket.”

Noha iskolája nem bátorította a lányokat arra, hogy tudósok legyenek, ő eldöntötte, hogy mégis az lesz. A természet működésének megértése iránti szenvedély és a felfedezéseket találmányokká alakító versenyszellem vezette el őt ahhoz a felfedezéshez, amelyre később Watson színlelt alázatba burkolt jellegzetes felsőbbrendűségével azt mondja neki, hogy az övé volt a legfontosabb biológiai előrelépés a kettős spirál óta.

fotó Darwin

fotó Mendel

2. fejezet A gén

Darwin

Charles Darwin angol természettudós A fajok eredete című, 1859-ben megjelent műve indította el egy évszázaddal később Watsont és Cricket a DNS felfedezéséhez vezető úton, illetve szerepet játszott benne az is, hogy egy Gregor Mendel nevű, brnói szerzetes, akinek sok ráérő ideje volt, borsót kezdett termeszteni a jelenleg a Cseh Köztársasághoz tartozó brnói apátság kertjében. Darwin pintyeinek csőre és Mendel borsóinak tulajdonságai nyomán alakult ki a gén fogalma – azé az entitásé, amely az élő szervezetekben az öröklődés kódját hordozza.

Darwin eredetileg úgy tervezte, azt az utat követi, amelyet apja és nagyapja választott, akik elismert orvosok voltak, ám időközben rájött, hogy irtózik a vér látványától és a műtéthez leszíjazott gyermekek sikoltozásától. Otthagyta hát az orvosi egyetemet, és elkezdte anglikán lelkészi tanulmányait, de erre a pályára is kivételesen alkalmatlan volt. Valójában a természettudomány érdekelte szenvedélyesen már nyolcéves korától, amikor elkezdett növényi és állati mintákat gyűjteni. A nagy lehetőség 1831-ben érkezett el, amikor a huszonkét éves fiatalembernek felajánlották, hogy kísérő gyűjtőként részt vegyen a királyi haditengerészet Beagle elnevezésű kétárbócos vitorlásának magánpénzből finanszírozott világ körüli útján.

1835-ben, az ötéves út negyedik évében a Beagle a Galápagos-szigetcsoport mintegy tucatnyi szigetét vizsgálta át a Csendes-óceánon, Dél-Amerika partjaitól nyugatra. Ezeken a helyeken Darwin a jegyzetei szerint pintyek, feketerigók, meggyvágók, poszáták és ökörszemek tetemeit gyűjtötte össze, azonban amikor két évvel később hazatért Angliába, John Gould ornitológus tájékoztatta róla, hogy a madarak mindegyike valójában a pintyek más-más fajához tartozik. Darwin ekkor kezdte megfogalmazni azt az elméletét, amely szerint a szárnyasok egy közös ősből fejlődtek ki.

Tudta, hogy a gyermekkora falusias környezetében élő lovak és szarvasmarhák alkalmanként kisebb variációkkal jönnek a világra, és a tenyésztők az évek során azokat válogatják ki közülük, amelyekből olyan ménest vagy csordát alakíthatnak ki, amely az általuk kívánatosnak tartott tulajdonságokkal rendelkezik. Lehet, hogy a természet ugyanezt tette; Darwin a jelenséget elnevezte természetes kiválasztódásnak. Feltevése szerint bizonyos elszigetelt helyeken – ilyen például a Galápagos-szigetcsoport – minden nemzedékben előfordulhat néhány mutáció (ő a játékos „hóbort” szót használta), és a körülmények megváltozása miatt elképelhető, hogy ezek nagyobb eséllyel győznek a kevés táplálékért folyó versenyben, így valószínűleg jobban is szaporodnak. Tegyük fel, hogy egy pintyfaj csőre gyümölcsevésre alkalmas, de a szárazság elpusztítja a gyümölcsfákat. Ha a véletlennek köszönhetően kialakul egy olyan változat, amelynek a csőre alkalmas a magvak feltörésére, akkor ezek kezdenek el sokasodni. Mint Darwin írta, „…ilyen körülmények között a kedvező változatok hajlamosak fennmaradni, a kedvezőtlenek pedig megsemmisülnek. Ennek eredményeként új faj képződik.”

A tudós vonakodott publikálni az elméletét, mert eretnekségnek számított, de a verseny komoly ösztönzést jelentett, ami gyakran előfordult a tudomány történetében. 1858-ban egy fiatal természettudós, Alfred Russel Wallace elküldött neki egy vázlatot, amelyben hasonló teóriát fogalmazott meg. Darwin ekkor sietve kiadásra kész állapotba hozta saját művét, és megegyezett kollégájával, hogy ugyanazon a napon mutatják be saját közleményeiket egy prominens tudományos társaság legközelebbi gyűlésén.

Darwinnak és Wallace-nak is volt néhány fontos tulajdonsága, amely kedvez a kreativitásnak: széles volt az érdeklődési körük, és képesek voltak összekötni a különböző diszciplínákat. Mindketten egzotikus helyeken jártak, ahol tanulmányozták a fajok variációit, és mindketten olvasták Thomas Malthus angol közgazdász Tanulmány a népesedés törvényéről című kötetét. Malthus ebben azt írta, hogy a humán populáció gyorsabban növekszik, mint az élelmiszerforrások. A túlnépesedés éhínséghez vezet, amely kirostálja a gyengébbeket és a szegényeket. Darwin és Wallace rájött, hogy ez minden fajra érvényes lehet, és ez vezetett el az evolúciónak ahhoz az elméletéhez, amely szerint mindig a legrátermettebbek maradnak fenn. „Merő szórakozásból elolvastam Malthus népességről szóló írását, és… azonnal belém hasított, hogy ilyen körülmények között a kedvező változatok hajlamosak fennmaradni, a kedvezőtlenek pedig eltűnni”, írta Darwin. Ahogy a tudományos-fantasztikus szerző és biokémia-professzor Isaac Asimov később az evolúció elméletének keletkezéséről írta, „olyan ember kellett hozzá, aki fajokat tanulmányozott, olvasta Malthust és képes volt a kettőt összekapcsolni.”

Annak felismerése, hogy az evolúció mutációkkal és természetes kiválasztódással zajlik, felvet egy fontos kérdést: mi ennek a mechanizmusa? A pintyek csőrének vagy a zsiráf nyakának előnyös variációját hogyan adják át a jövő generációinak? Darwin úgy vélte, hogy az élőlények parányi részecskékkel rendelkezhetnek, amelyek az örökletes információkat tartalmazzák, és úgy okoskodott, hogy a hímtől és a nősténytől származó információk az embrióban keverednek egymással. Ám hamarosan rájött – ahogy mások is –, hogy így az új, előnyös tulajdonságok nemzedékeken át felhígulnának, ahelyett hogy érintetlenül továbbadnák őket.

A tudós a könyvtárában egy viszonylag ismeretlen tudományos lap egy példányát is őrizte, amelyben szerepelt egy 1866-os közlemény, és ez választ adhatott volna a problémára, Darwin azonban a kortárs tudósok többségéhez hasonlóan sohasem olvasta el ezt a cikket.

Mendel

A cikket Gregor Mendel, egy alacsony, kövérkés, 1822-ben született szerzetes írta, akinek szülei német ajkú gazdálkodók voltak az akkoriban az osztrák birodalomhoz tartozó Moráviában. Jobban ment neki az apátság kertjében végzett bíbelődés, mint a lelkészi hivatás. Csak keveset beszélt csehül, emellett túl félénk volt ahhoz, hogy jó pap legyen, ezért elhatározta, hogy matematikát és természettudományokat fog oktatni. Sajnos többször is elbukott a minősítő vizsgákon még azt követően is, hogy a Bécsi Egyetemen tanult. Egyik biológiavizsgája különösen szörnyűre sikeredett.

A végső kudarc után nem sok mindenhez tudott kezdeni, ezért visszavonult az apátság kertjébe, hogy azzal foglalkozzon, ami szenvedélyesen érdekelte: a borsótermesztéssel. A korábbi években arra összpontosított, hogy tiszta fajú példányokat hozzon létre. A növényeinek hét olyan tulajdonságát figyelte, amelyek két-két változatban fordultak elő: sárga vagy zöld magvak, fehér vagy lila virágok, sima vagy ráncos borsószemek és így tovább. Gondos válogatással olyan tiszta fajú borsókat hozott létre, amelyek például csak lila virágot hoztak, vagy kizárólag ráncos szemeket termettek.

A következő évben valami újjal kísérletezett: adott tulajdonság tekintetében különböző változatokat – például fehér és lila virágúakat – keresztezett egymással. Aprólékos munka volt, amelynek során csipesszel le kellett csípni a növények porzóit, majd aprócska kefével kellett átvinni rájuk a virágport.

A kísérletekből rendkívül fontos dolog derült ki, különösen ha figyelembe vesszük, amit Darwin akkoriban írt. A tulajdonságok nem keveredtek. A magas és alacsony növények keresztezéséből ugyanúgy nem jöttek létre közepes magasságú utódok, ahogyan a lila és fehér virágúak utódainak sem lettek halvány mályvaszínű virágai. A magas és alacsony növények kereszteződése mindig magas utódokat eredményezett, és ha lilákat keresztezett fehér virágúakkal, az utódok mindegyike lila virágot növesztett. Mendel ezeket domináns jegyeknek nevezte; amelyek viszont nem jelentek meg, azokat recesszíveknek.

A következő nyáron még nagyobb felfedezést tett, amikor a hibrideket termesztette tovább. Noha ezeknek az első generációja csak domináns jegyeket mutatott (mint a lila virág vagy a magas szár), a második nemzedékben a recesszív jegyek is megjelentek. A feljegyzései rávilágítottak a mintára: ebben a generációban a növények háromnegyedénél a domináns változat érvényesült, egynegyedüknél pedig a recesszív. Ha egy növény a gén két domináns változatát örökölte vagy egy dominánsat és egy recesszívet, akkor mindig a domináns érvényesült. Ám ha történetesen a gén két recesszív változatát kapta, akkor a kevésbé gyakori jegy mutatkozott meg.

A tudományos haladás hajtóereje a publicitás, azonban úgy tűnt, mintha a csendes szerzetes láthatatlanná tevő sapkával született volna. Az eredményeit két, egymást egy hónappal követő előadásban mutatta be Brnóban mintegy negyven mezőgazdász és növénytermesztő előtt az ottani természettudományi társaság összejövetelein, majd közzétette annak évenként megjelenő lapjában is. Ezt követően a közleményét csak ritkán idézték egészen 1900-ig, amikor hasonló kísérleteket végző tudósok ismét felfedezték az írást.

Mendel és az utána következő kutatók felfedezései nyomán jött létre az öröklődés egységének koncepciója, majd egy Wilhelm Johannsen nevű dán botanikus 1905-ben használta rá először a „gén” elnevezést. Láthatóan volt valamilyen molekula, amely az örökletes információk bitjeit kódolta. A tudósok sok évtizeden át tüzetes alapossággal tanulmányozták az élő sejteket, hogy megtalálják ezt a molekulát.

fotó Watson és Crick az általuk készített DNS-modellel – 1953

3. fejezet A DNS

A tudósok eleinte azt hitték, hogy a géneket fehérjék hordozzák, elvégre az élő szervezetekben a fontos feladatok nagy részét a proteinek végzik. Ám végül rájöttek, hogy a sejtekben más, általánosan előforduló anyagok, a nukleinsavak az öröklődés igáslovai. Ezek a molekulák cukorból és foszfátból állnak, amelyből négyféle bázisnak vagy nukleotidnak nevezett molekula épül fel, és ez a négyféle bázis hosszú szálakat alkot3. A hosszú szál kétféle lehet: ribonukleinsav (RNS), és egy hasonló molekula, amelynek cukorkomponenséből hiányzik egy oxigénatom, ezért dezoxiribonukleinsavnak (DNS-nek) nevezik. Evolúciós szempontból a legegyszerűbb koronavírusok és a legösszetettebb emberek is lényegében fehérjeburkolattal rendelkező csomagok, amelyekben a becsomagolt genetikai anyag a nukleinsavak által kódolt replikálódásra törekszik.

A New York-i Rockefeller Egyetemen Oswald Avery és munkatársai 1944-es felfedezése derítette ki, hogy a DNS tárolja a genetikai információt. A kutatók kivonták egy baktériumtörzs DNS-ét, amelyet összekevertek egy másik törzzsel, és kimutatták, hogy a DNS örökölhető információkat vitt át.

Az élet rejtélye megoldásának következő lépésében rá kellett jönni, hogy a DNS hogyan működik. Ehhez meg kellett fejteni azokat a jeleket, amelyek a természet minden titkának alapját képezik. A DNS pontos szerkezetének meghatározása – hogyan illeszkednek egymáshoz az atomok, és ez milyen formát eredményez – megmagyarázhatta a működése mikéntjét. A feladathoz három olyan tudományág ismeretére volt szükség, amely a 20. században jött létre: a genetika, a biokémia és a strukturális biológia.

James Watson

James Watson középosztálybeli chicagói kisfiúként végigrosszalkodta az iskolát. Nagyon eszes és pimasz nebuló volt, ami megerősítette benne azt a hajlamot, hogy intellektuálisan provokatív legyen – ez a tulajdonsága tudósként előnyére vált, közszereplőként kevésbé. Gyorstüzelő üzemmódban elmotyogott, befejezetlen mondataiból egész életében érezni lehetett a türelmetlenségét és azt, hogy képtelen megzabolázni impulzív késztetéseit. Később azt mondta, ez volt az egyik legfontosabb lecke, amelyet a szüleitől megtanult: „A társadalmi elfogadás érdekében tanúsított képmutatás aláássa az ember önbecsülését.” Túlzottan jól megtanulta ezt a leckét. Gyermekkorától kezdve egészen a kilencvenes éveiig akár jó, akár rossz kijelentéseket tett, mindig brutálisan szókimondó volt, amivel néha valóban szociálisan elfogadhatatlanná vált, de az önbecsülésnek sosem volt híján.

Gyerekkorában a madarak megfigyelése volt a szenvedélye, és amikor három hadikötvényt nyert a Rejtvénykölykök című rádiós játékban, egy Bausch & Lomb távcsövet vásárolt belőle. Hajnal előtt kelt, hogy kimenjen apjával a Jackson Parkba, két órán át ritka énekes madarakat keresgélt, majd kézikocsijával elindult az okos gyerekek gyűjtőhelyére, a laboratóriumi iskolába.

Tizenöt évesen került be a Chicagói Egyetemre, és mivel imádta a madarakat és utálta a kémiát, úgy tervezte, hogy ornitológus lesz. Ám végzős hallgatóként elolvasott egy ismertetőt a What is Life? (Mi az élet?) című könyvről, amelyben a kvantumfizikus Erwin Schrödinger a biológia felé irányította a figyelmét, és azt fejtegette, hogy a gén molekuláris szerkezetének felfedezése megmutatja majd, hogyan adja át az örökletes információt egyik generációról a másiknak. Watson másnap kivette a kötetet a könyvtárból, és ettől kezdve a gén megértésének megszállottja lett.

Szerény eredményei miatt elutasították, amikor doktori tanulmányokra jelentkezett a Caltechre, és nem ajánlottak fel neki ösztöndíjat a Harvardon sem. Így az Indianai Egyetemre ment, amelyet részben azoknak a zsidó fiataloknak létesítettek, akiket nem vettek fel a keleti part más intézményeibe, ugyanakkor itt működött az ország egyik legjobb genetikai tanszéke, ahol olyan sztárok oktattak, mint a későbbi Nobel-díjas Hermann Muller és az olasz emigráns Salvador Luria.

Watson Luria PhD-témavezetésével vírusokat tanulmányozott. Ezek a parányi örökítőanyag-csomagok önmagukban lényegében élettelenek, de amikor betörnek egy élő sejtbe, átveszik a gépezete felett az irányítást, és megsokszorozzák magukat. A legkönnyebben azokat a vírusokat lehet tanulmányozni, amelyek baktériumokat támadnak meg. „Fágoknak” nevezik őket (ezt a szót jegyezzük meg, mert ismét előkerül majd akkor, amikor a CRISPR felfedezését tárgyaljuk) a „bakteriofág” szó után, ami baktériumfalót jelent.

Watson csatlakozott Luria nemzetközi biológusköréhez, a Fág Csoporthoz. – Luria kifejezetten utálta a kémikusokat – mondta Watson –, és különösen azokat a versengő példányaikat, akik New York dzsungeleiből kerültek ki. – Luria azonban hamarosan felismerte, hogy a fágok vizsgálatához kémiára is szükség lenne, ezért segített Watsonnak elnyerni egy tudományos segédmunkatársi ösztöndíjat, amelynek révén Koppenhágában tanulmányozhatta a témát.

Watson unatkozott, és nem értette a motyogó kémikust, aki a témavezetője lett, ezért 1951 tavaszán egy rövid időre szüneteltette a tanulmányait Koppenhágában, hogy részt vegyen egy Nápolyban rendezett konferencián, amelyet az élő sejtekben található vegyületekről tartottak. A legtöbb előadás nem érdekelte, de a londoni King’s College biokémikusa, Maurice Wilkins megigézte.

Wilkins krisztallográfiára és röntgendiffrakcióra specializálódott. Úgy dolgozott, hogy egy folyadékban feloldotta a molekulákat, majd hagyta lehűlni, kinyerte belőle a képződött kristályokat, és megpróbálta kitalálni, milyen lehet a szerkezetük. Ha egy tárgyat több irányból világítunk meg, akkor az árnyékaiból következtetni lehet a struktúrájára. A röntgensugaras krisztallográfusok valami hasonlót művelnek: több irányból röntgensugarakat bocsátanak a kristályokra, miközben felvételeken rögzítik az árnyékokat és a diffrakciós – sugárelhajlási – mintákat. Wilkins a beszéde vége felé bemutatott egy olyan képet, amelyen ezt a módszert használta a DNS vizsgálatára.

– Hirtelen izgalomba hozott a kémia – emlékezett vissza Watson. – Tudtam, hogy a géneket is kristályosítani lehet, ezért rendezett szerkezetüknek kell lennie, amelyet biztosan fel lehet deríteni.

A következő napokban Wilkins nyomába szegődött abban a reményben, hogy kikunyerál tőle egy meghívást a laboratóriumába, de nem járt sikerrel.

Francis Crick

Ehelyett 1951 őszén Watsonnak sikerült elérnie, hogy tudományos segédmunkatársként kutatásokat folytasson a Cambridge-i Egyetem Cavendish-laboratóriumában, amelyet az úttörő krisztallográfus, Sir Lawrence Bragg vezetett, aki több mint harminc évvel korábban a legfiatalabb Nobel-díjas lett, és még ma is annak számít. Az apjával megosztva kapták a díjat, mert felfedezték azt az alapvető matematikai törvényt, amely leírja, hogyan térítik el a kristályok a röntgensugarakat.

Watson a Cavendish-laboratóriumban találkozott Francis Crickkel, és ezzel létrejött a történelem leggyümölcsözőbb kapcsolata két tudós között. Az elméleti biokémikus Crick a második világháborúban is szolgált, ezért meglehetősen érett korában, 36 évesen sem szerezte még meg a PhD-t. Ezzel együtt is eléggé bízott az ösztöneiben, és eléggé hidegen hagyták a cambridge-i szokások. Képtelen volt visszafogni magát, ha rá kellett mutatni kollégái felületes gondolkodásának hibáira, és minden alkalommal világgá is kürtölte észrevételeit. Watson erről azt írta A kettős spirál bevezetőjében, hogy „Francis Cricket sohasem láttam szerénynek”4. Ugyanezt Watsonról is le lehetett volna írni, és ők jobban csodálták egymás szerénytelenségét, mint a kollégáik. „A fiatalos arrogancia, a felületes gondolkodással szembeni kérlelhetetlenség és türelmetlenség mindkettőnk természetes tulajdonsága volt”, emlékezett vissza Crick.

Osztotta Watsonnak azt a meggyőződését, hogy a DNS szerkezetének felfedezése vezet majd el az öröklődés titkainak megfejtéséhez. Hamarosan együtt jártak húsos pitét ebédelni, és közben élénk beszélgetéseket folytattak a labor közelében álló ósdi kocsmában, az Eagle-ben. A laborban Crick hangos nevetése és dörgő hangja elvonta Sir Lawrence figyelmét, ezért átköltöztette őket egy téglafalú szobába, ami csak az övék volt.

„Tökéletesen kiegészítették egymást; a vaskalaposság iránti tiszteletlenség, a közös bohóckodás és a vad zsenialitás tartotta őket össze”, írta az orvos-szerző Siddharta Mukherjee. „A tekintélyt elutasították, de arra szükségük volt, hogy felnézzenek rájuk. A tudományos elit az ő szemükben nevetséges és nehézkes totyakosok gyülekezete volt, de tudták, hogyan férkőzzenek be a soraikba. A legteljesebb mértékben kívülállónak tartották magukat, mégis otthonosan mozogtak a cambridge-i egyetemek belső köreiben. Önjelölt udvari bolondok lettek a bolondok királyságában.”

Linus Pauling, a Caltech biokémikusa éppen akkor hozta lázba a világot, és kövezte ki első Nobel-díja felé az utat azzal, hogy röntgen-krisztallográfiai, kvantummechanikai ismeretei és egy modellépítő játék kombinációja segítségével rájött bizonyos fehérjék szerkezetére. Az Eagle-ben elfogyasztott ebédek közben Watson és Crick azt tervezgették, hogyan tudnák ugyanezekkel a trükkökkel megelőzni Paulingot a DNS struktúrájának meghatározásáért folyó versenyben. Nekik még műhelyük is volt a Cavendishben, ahol bádoglemezekből és rézdrótokból el tudták készíttetni az atomokat és más komponenseket ábrázoló alkatrészeket egy asztali modellhez, amellyel addig akartak bíbelődni, míg minden elem és kémiai kötés a megfelelő helyre kerül.

Az volt a gondjuk, hogy be kellett volna hatolniuk annak a Maurice Wilkinsnek a felségterületére, aki a londoni King’s College biológusaként a kristályos DNS-ről készített fényképpel Nápolyban felkeltette Watson érdeklődését. Mint Watson írta: „Anglia barátságosságának… meg a fair play angol értelmezésének kombinálódása lehetetlenné tette Francis számára, hogy beleavatkozzék Maurice dolgába. Franciaországban, ahol a fair play nyilván nem is létezik, ezek a kérdések fel sem merültek. Ez a helyzet az Államokban sem alakulhatott volna ki.”

Úgy tűnt, hogy Wilkins a maga részéről nem szándékozott legyőzni Paulingot. Kínos munkahelyi problémáját Watson egyszerre dramatizálta és trivializálta is a könyvében. Konfliktusba került egy zseniális új kollégával, aki 1951-ben került a King’s College-ba, Londonba: a harmincegy éves angol biokémikus, Rosalind Franklin párizsi tanulmányai során sajátította el a röntgendiffrakció technikáját.

Azzal az ígérettel csalták a King’s College-ba, hogy egy DNS-t tanulmányozó csoportot vezet majd. A négy évvel idősebb Wilkins ekkor már javában foglalkozott a DNS-sel, és azt hitte, Franklin azért érkezik, hogy fiatalabb kolléganőként segítségére legyen a röntgendiffrakciós eljárás alkalmazásánál. Mindez feszült helyzetet eredményezett. Hónapokon belül már szinte szóba sem álltak egymással. A King’s épületének szexista kialakítása segített nekik a távolságtartásban – a tanszéken két munkahelyi társalgó volt: egy elegáns ebédlő a férfiaknak és egy másik, elviselhetetlenül sivár szoba a nőknek.

Franklin a tudományra koncentrált, és szolidan öltözködött. Szembeszállt az angol tudományos körök excentrikusokat előnyben részesítő nézeteivel, és azokkal a hajlamaikkal, hogy a nőkre a nemiség lencséjén át tekintsenek. Watson így írt róla: „Noha erőteljes vonásokkal rendelkezett, nem volt csúnya, sőt észbontó lett volna, ha csak egy kicsit is érdekli a ruhája. Nem így volt. Sohasem használt rúzst, hogy kihangsúlyozza egyenes szálú, fekete haját, miközben 31 éves kora ellenére a ruhái az angol kékharisnya kamaszlányok elképzeléseit tükrözték.”

Franklin nem volt hajlandó megosztani röntgendiffrakciós felvételeit Wilkinsszel és mással sem, de 1951 novemberében szervezett egy előadást, amelyen össze akarta foglalni legfrissebb kutatási eredményeit. Wilkins meghívta Watsont, hogy ő is utazzon el vonattal Cambridge-ből. „[Franklin] Mintegy tizenöt főnyi hallgatóság előtt beszélt. Gyors, ideges beszédmodora illett a dísztelen, régi felolvasóteremhez, amelyben összeültünk.”, írta Watson. „Melegségnek, komolytalanságnak szavaiban nyoma sem volt. S mégsem úgy emlékszem vissza rá, mint aki tökéletesen érdektelen. Most hirtelen az jut eszembe, milyen lett volna, ha leveszi a szemüvegét, s divatosan fésüli a haját. Akkor azonban legfőbb gondom az volt, hogy mit mond a kristályos röntgendiffrakciós képről.”

Watson másnap összefoglalta a hallottakat Cricknek. Nem jegyzetelt, (amivel felbosszantotta a kollégáját), ezért több kulcsfontosságú részletre is bizonytalanul emlékezett – elsősorban arra, amit Franklin a DNS-mintákban talált víztartalomról mondott. Ennek ellenére Crick nekilátott vázlatokat készíteni, és kijelentette, hogy Franklin adatai alapján kettő, három vagy négy egymás körül megcsavarodó spirálról lehet szó. Úgy vélte, ha kipróbálják a különböző modelleket, hamarosan rájönnek a válaszra. Egy héten belül elkészítettek valamit, amit végső megoldásnak tartottak annak ellenére, hogy néhány atom egymáshoz túl közelre zsúfolódott össze: középen három szál tekeredett egymás köré, és a négy bázisféleség kifelé állt erről a vázról.

Az alkalomhoz illő önhittséggel meghívták Wilkinst és Franklint, hogy jöjjenek át Cambridge-be, és nézzék meg a művet. Ők ketten meg is érkeztek másnap reggel, és társalgás közben Crick elkezdte a három spirálból álló struktúra bemutatását. Franklin azonnal észrevette a problémákat:

– Elrontottad a következő okok miatt – kezdett rá a felsorolásra metsző hangon, mint egy ingerült tanár.

Azt bizonygatta, hogy az ő DNS-ről készült képein a molekula nem látszott spirálisnak. Ebben tévedett, azonban két másik kifogása igaznak bizonyult: a csavarodó gerincnek kívül kellett elhelyezkednie, emellett a javasolt modell nem tartalmazott elég vizet. „Az a kínos tény derült ki ugyanis ekkor, hogy rosszul emlékeztem Rosy DNS-mintáinak a víztartalmára”, írta szárazon Watson. Wilkins pillanatnyi szövetségre lépett Franklinnel, és közölte vele, hogy ha azonnal elindulnak az állomásra, még elérik a 15:40-es vonatot vissza, Londonba, és ez aztán így is történt.

Watson és Crick nem egyszerűen kínos helyzetbe került, hanem büntetést is kapott. Sir Lawrence utasította őket, hogy hagyják abba a DNS-sel folyó munkát. A modelljük alkatrészeit összepakolták, majd elküldték Wilkinsnek és Franklinnek Londonba.

Watson kétségbeesését fokozta, hogy a hírek szerint Linus Pauling a Caltechről Angliába készült előadást tartani, amelyen valószínűleg be akarta mutatni saját kísérletét a DNS szerkezetének rekonstruálására. Szerencsére az Egyesült Államok Külügyminisztériuma megmentette a helyzetet. A kommunistaüldözés és a mccarthyzmus feszült légkörében Paulingot New Yorkban megállították a repülőtéren, és elkobozták az útlevelét, mert éppen elég szónoklatban adott hangot pacifista nézeteinek ahhoz, hogy az FBI úgy vélje, veszélyt jelenthet az országra, ha hagyják utazni. Így sohasem nyílt rá lehetősége, hogy a krisztallográfiás munkáról megbeszéléseket folytasson Angliában, és ez hátráltatta az Egyesült Államokat a DNS struktúrájának megállapításáért folyó versenyben.

Watson és Crick rendelkezett némi rálátással Pauling munkájára annak fia, Peter révén, aki fiatal hallgatóként a cambridge-i laborban dolgozott. Watson kedves, szórakoztató fiatalembernek tartotta Petert; „hosszan időzhettünk az Angliából, a kontinensről és Kaliforniából származó lányok erényeinek az összevetése mellett”, emlékezett vissza.

Ám 1952 decemberének egyik napján az ifjú Pauling besétált a laborba, feltette a lábát az asztalra, és előadta azt, amitől Watson rettegett. A kezében tartotta a levelet, amelyben apja megemlítette, hogy rájött a DNS szerkezetére, és hamarosan publikálja is azt.

Linus Pauling írása február elején jutott el Cambridge-be. Az első példányt Peter kapta, aki bement a laborba közölni Watsonnal és Crickkel, hogy apja megoldása ahhoz hasonlít, amivel ők próbálkoztak: háromláncú központi spirál, amely középen gerincet alkot. Watson kikapta Peter kabátjának zsebéből a cikket, és olvasni kezdte. „Egyszerre éreztem, hogy valami nincs rendben”, idézte fel. „Nem tudtam kiszúrni a hibát, amíg néhány percig át nem vizsgáltam az illusztrációkat is.”

Watson észrevette, hogy a Pauling által felállított modell néhány atomja között nem lehet stabil a kapcsolat. Miután megbeszélte Crickkel és másokkal is a laborból, biztosak lettek benne, hogy Pauling nagy „bakit” követett el. Annyira izgalomba jöttek, hogy kora délután abbahagyták a munkát, és elrohantak az Eagle-be.

– Abban a pillanatban, amikor eljött az esti nyitás ideje, mi már ott voltunk, hogy áldomást igyunk Pauling kudarcára – mesélte Watson. – Nem sherryt ittam, hanem hagytam, hogy Francis whiskyt rendeljen.

„Az élet titka”

Tudták, hogy nem vesztegethetik az időt, és annak az utasításnak sem engedelmeskedhetnek, hogy hagyják a dolgot Wilkinsre és Franklinre. Watson tehát egyik délután felszállt a Londonba tartó vonatra, hogy meglátogassa őket. A zsebében ott volt Pauling közleményének előzetes változata. Wilkins házon kívül volt, amikor megérkezett, ezért Watson hívatlanul beállított a laborba Franklinhez, aki egy világító röntgenfilmnéző dobozon méréseket végzett legutóbbi, egyre élesebb DNS-felvételein. Mérgesen a fiatalemberre nézett, de Watson nekilátott Pauling cikke ismertetésének.

Néhány percig vitatkoztak, hogy a DNS lehet-e spirális, de Franklin még mindig kételkedett benne. „Megszakítva szónoklatát, közöltem, hogy valamennyi szabályos polimermolekula számára a legegyszerűbb forma a spirál”, emlékezett Watson. „Rosy ekkorra már alig tudott uralkodni magán. Emelt hangon közölte, hogy megjegyzéseim ostobasága világosan kiderülne, ha abbahagynám a nyafogást, és megnézném röntgenbizonyítékát.”

A beszélgetés elmérgesedett. Watson korrektül, de gorombán rámutatott, hogy egy olyan jó kísérletező, mint Franklin sikeresebb lenne, ha tudná, hogyan működjön együtt az elméleti szakemberekkel. „Rosy hirtelen előlépett a bennünket elválasztó labor asztal mögül, s lassan közeledett felém. Attól féltem, hogy izzó dühében még megüt, ezért felkaptam Pauling kéziratát, és gyorsan a nyitott ajtó felé hátráltam.”

Wilkins az összezördülés tetőpontján toppant be. Elkapta Watsont, és magával vitte, hogy igyanak egy teát, és közben megnyugtassa. Bizalmasan közölte vele, hogy Franklin készített a DNS nedves formájáról néhány új képet, amely új információkkal szolgál a szerkezetéről. Átment a szomszédos helyiségbe, és hozott egy másolatot arról a felvételről, amely később „51-es felvétel” néven lett híres. Wilkins jogosan tartotta magánál a képet: ő volt a PhD-témavezetője annak a diáknak, aki Franklinnel együtt elkészítette. Az viszont már nem volt helyes, hogy Watsonnak is megmutatta, aki leírta néhány kulcsfontosságú paraméterét, majd a feljegyzést elvitte Cambridge-be, hogy megmutassa Cricknek. A fotón látszott, hogy Franklinnek igaza volt, amikor azt mondta, hogy a gerincet alkotó szálak a molekula külső részén a csigalépcső két széléhez hasonlóan helyezkednek el, és nem a molekulán belül, de tévedett, amikor elutasította azt a lehetőséget, hogy a DNS spirális lenne. Watson, mint írta, azonnal meglátta, hogy „a képet uraló fekete tükrözési kereszt csakis spirális szerkezettől származhatott”. Egy Franklin jegyzeteiről készített tanulmányból kiderül, hogy a nő még Watson látogatása után is soklépésnyire volt a DNS struktúrájának felismerésétől.

fotó Rosalind Franklin

fotó Az „51-es felvétel”

A Cambridge-be visszafelé tartó vonat fűtetlen kocsijában Watson lefirkantotta ötleteit a The Times margójára. Kénytelen volt átmászni a rezidensek kollégiumának hátsó kapuján, mert az épületet éjszakára bezárták. Másnap reggel a Cavendish-laborban összefutott Sir Lawrence Bragg-gel, aki felszólította, hogy ő és Crick messziről kerüljék el a DNS-t. Watson azonban annyira izgatott volt attól, amit megtudott, hogy miután Sir Lawrence meghallgatta a kérését, hogy visszatérjenek a modellezéshez, megadta a beleegyezést. Watson lerohant a lépcsőn a műhelybe, hogy újabb alkatrészeket készíttessen.

Ő és Crick hamarosan Franklin még több adatához jutott hozzá. A kutatónő benyújtott a Brit Orvosi Kutatások Tanácsához egy beszámolót a munkájáról, és a tanács egyik tagja eljuttatta a jelentést a két fiatalemberhez. Noha ez nem jelenti azt, hogy Watson és Crick ellopta Franklin eredményeit, de az engedélye nélkül használták fel őket.

Ekkor már elég pontos elképzelésük volt a DNS struktúrájáról: két cukorfoszfátszál, amely egymás körül megcsavarodik, és kettős spirált alkot. A szálakon található a DNS négyféle bázisa: az adenin, a timin, a guanin és a citozin, amelyeket ma szokásosan rendre A, T, G és C betűkkel jelölünk. Egyetértettek Franklinnel abban, hogy a gerincszálak vannak kívül, és a bázisok befelé mutatnak, mint a csigalépcső csavarodó lépcsőfokai. Watson később elismerte, hogy „Rosy megalkuvást nem ismerő korábbi megállapításai e tárgyban most elsőrendű tudományról tanúskodtak, s nem holmi félrevezetett kékharisnya ömlengéséről”.

Eredetileg azt feltételezték, hogy egymással szemben két-két egyforma bázis található, tehát ha egy belső nyúlvány például adenin, akkor azzal szemben is adenin helyezkedik el. Ám egyik nap Watson a nukleotidok saját magának kartonpapírból készített kivágásaival elkezdett játszani másféle párosításokkal. „Hirtelen rádöbbentem, hogy az adenin-timin pár, amelyet két hidrogénkötés tart össze, azonos formájú, mint a legalább két hidrogénkötés által összetartott gunanin-citozin pár.” Szerencsés volt, mert olyan laborban dolgozott, ahol a tudósok több terület specialistái voltak, és egyikük – egy kvantumkémikus – megerősítette, hogy az adeninnak a timinnel, a guaninnak pedig a citozinnal kellene kötést kialakítania.

A struktúrából izgalmas dolog következett: ha a két szál szétválik, tökéletes replikálódásra képesek, mert a „lépcső félfokai” saját természetes párjukkal egyesülnek. Magyarán ez a szerkezet lehetővé teszi a molekula számára, hogy elkészítse saját másolatát, és továbbadja a szekvenciájában tárolt kódot.

Watson visszament a műhelybe, hogy megsürgesse a modellhez a négyféle bázis legyártását. Ekkor már az ott dolgozókra is átragadt az izgalma, és néhány órán belül végeztek a csillogó fémlemezek összeforrasztásával. Most, hogy minden alkatrész a kezében volt, Watsonnak csak egy órájába telt úgy összerendezni őket, hogy az atomok a röntgenképes adatoknak és a kémiai kötések törvényeinek megfelelően helyezkedjenek el.

Watson emlékezetes, és csak mérsékelten túlzó, A kettős spirálban leírt mondata szerint: „Francis berobban az Eagle-be, hogy minden hallótávolban ülő vendégnek elmondja: felfedeztük az élet titkát.” A megoldás túl szép volt ahhoz, hogy ne legyen igaz. A struktúra pontosan megfelelt a molekula funkciójának. Képes hordozni azt a kódot, amelyet replikál.

fotó Forrás: az Egyesült Államok Országos Orvostudományi Könyvtára

Watson és Crick 1953 márciusának utolsó hétvégéjén fejezte be a publikációt. Csupán 975 szóból állt, és Watson húga gépelte le, akit erre azzal vett rá, hogy „ezzel részese lesz annak, ami Darwin könyvének megjelenése óta valószínűleg a biológia történetének legfontosabb eseménye”. Crick azt akarta, hogy szenteljenek terjedelmes részt a felfedezés öröklődés miatti jelentőségének, Watson azonban meggyőzte, hogy egy rövidebb befejezés ütősebb lenne. Így született meg a tudomány egyik legfontosabb mondata: „Nem kerülte el figyelmünket, hogy a bázisok általunk megállapított specifikus párosítása alapján azonnal feltételezhető egy genetikai anyagot másoló mechanizmus létezése.”

A Nobel-díjat 1962-ben ítélték oda Watsonnak, Cricknek és Wilkinsnek. Franklinnek nem lehetett része az elismerésben, mert 1958-ban, 37 éves korában meghalt petefészekrákban. Ha életben maradt volna, a Nobel-bizottság nehéz helyzetbe kerül, mert a díjat legfeljebb három győztes között lehet megosztani.

Időben két forradalom is egybeesett az 1950-es évek során. A matematikusok – köztük Claude Shannon és Alan Turing – megmutatták, hogy minden információ bináris számjegyek, azaz bitek formájában kódolható. Ez vezetett el a digitális forradalomhoz, amelyben megjelentek a ki- és bekapcsolókkal működő információ-feldolgozó áramkörök. Ugyanakkor Watson és Crick felfedezte, hogyan kódolják a DNS négyféle betűt használó szekvenciái az összes életforma felépítését vezérlő információkat. Ezzel elérkezett az információs korszak, amely a digitális kódoláson (0100110111001…) és a genetikai kódoláson (ACTGGTAGATTACA…) alapul. Amikor két folyó egyesül, a történelem áramlása is felgyorsul.

Jegyzetek

1 Tudományos segédmunkatárs: PhD/doktori fokozattal rendelkező kutató kutatóintézetekben vagy egyetemeken létesített akadémiai kutatói munkahelyeken. Az Egyesült Államokban a tudományos segédmunkatársként végzett kutatás és tanulás az előfeltétele a további egyetemi oktatói vagy tudományos állások elnyerésének. (Ha nem jelöljük külön, a lábjegyzeteket a fordító írta.)

2 Károli Gáspár fordítása (Szent Biblia, Kálvin Kiadó, Budapest, 2011.)

3 Valójában ötféle molekula: a DNS-ben adenin, guanin, citozin és timin, az RNS-ben pedig timin helyett uracil található.

4 Az ebben a fejezetben szereplő Watson-idézeteket Korányi Tamás fordította (James Watson, A kettős spirál, Gondolat Könyvkiadó, Budapest, 1972).

A bookline könyv beleolvasó promóciójához, részlet
MÁSOLNI, TOVÁBBADNI, MEGOSZTANI TILOS!
A szerzői és kapcsolódó jogok megsértésének büntetőjogi következményei vannak!
Helikon Kiadó 2021