'ما راز حیات را کشف کردیم'

میخانه ایگل در کمبریج، در کنار آزمایشگاه فیزیک کاوندیش، محل مورد علاقه بیشتر محققان و دانشمندان آزمایشگاه برای غذا و گپ و دمی به خمره زدن است.

روز شنبه، ۲۸ فوریه ۱۹۵۳میلادی (۹ اسفند ۱۳۳۱)، موقع ناهار فرانسیس کریک یکی از مشتریان دائمی، به کسانی که در میخانه حضور داشتند، اعلام کرد که او و همکارش جیمز واتسون "راز حیات را کشف کرده‌اند."

در آن زمان اجزای تشکیل‌دهنده دی‌ان‌ای تا حد زیادی روشن بود، اما سوال این بود که این اجزا چگونه در کنار هم قرار گرفته‌اند که می‌توانند چنین حجم عظیمی از اطلاعات را ذخیره کنند. اجزای تشکیل‌دهنده به قدری ساده بودند که محققان را متعجب می‌کرد و از خود می‌پرسیدند که از این سادگی، چطور این همه پیچیدگی حاصل می‌شود؟

"وقتی برای ناهار (به ایگل) می‌رفتیم، فهمیده بودیم که جواب ما درست است، چون (این مولکول) بسیار زیبا بود." این توصیف جیمز واتسون است از کشف ساختار دی‌ان‌ای؛ توصیفی که ۵۰ سال بعد از کشف در مصاحبه‌ای با بی‌بی‌سی عنوان شد.

"ساده بود، می‌شد فورا آن را برای همه توضیح داد. برای اینکه بفهمید دی‌ان‌ای چگونه نسخه دیگری از خود می‌سازد، نیازی نبود که دانشمند عالی‌رتبه‌ای باشید."

برای اینکه تمام ساختار پیشنهادی را همه بپذیرند، این مدل باید نشان می‌داد که می‌تواند از روی خودش نسخه دیگری بسازد که به نسل بعدی منتقل شود. مدل واتسون و کریک نشان می‌داد که چگونه هریک از دو رشته دی‌ان‌ای می‌تواند الگویی باشد برای ساخت رشته دیگر.

چند سال بعد، آرتور کرونبرگ و همکارانش آنزیم نسخه‌برداری از دی‌ان‌ای -دی‌ان‌ای پلی مراز- را شناسایی کردند که راهگشای بسیاری از فناوری‌های ژنتیکی بوده است.

چه کسی دی‌ان‌ای را کشف کرد؟

فرانسیس کریک در سال ۱۹۱۶ میلادی، در نزدیکی نورتمپتون انگلستان به دنیا آمد. او در رشته فیزیک تحصیل کرد و در زمان جنگ جهانی دوم در نیروی دریایی روی ساخت مین کار کرد.

کریک پس از پایان جنگ از فیزیک به زیست‌شناسی روی آورد و در دانشگاه کمبریج مشغول کار شد. در سال ۱۹۴۹ میلادی به بخش تحقیقات پزشکی آزمایشگاه کاوندیش، آزمایشگاه تحقیقات فیزیک رفت. آزمایشگاهی که تاکنون ۲۹ نفر از پژوهشگرانش برنده جایزه نوبل شده‌اند.

دو سال بعد دانشمند جوانی به او ملحق شد؛ جیمز واتسون متولد ۱۹۲۸ در شیکاگو.

او در رشته جانورشناسی تحصیل کرده بود و روی ژنتیک ویروس‌ها و باکتری‌ها تحقیق می‌کرد. پس از جنگ جهانی دوم عده‌ای از دانشمندان سعی کرده بودند با اشعه ایکس از مولکول دی‌ان‌ای عکس بگیرند و از روی پراکندگی (تفرق) اشعه ایکس بعد از عبور از بلور دی‌ان‌ای شکل آن را حدس بزنند. این موضوع نظر او را جلب کرد و به ساختار دی‌ان‌ای علاقمند شد. بنابراین به آزمایشگاه کاوندیش آمد، کمی بعد با کریک آشنا شد و متوجه شد هر دو به یک موضوع علاقمندند: ساختار دی‌ان‌ای.

در همان زمان شیمیدانی به نام لینوس پائولینگ در کالیفرنیا با استفاده از تفرق اشعه ایکس سعی کرده بود ساختار دی‌ان‌ای را معلوم کند، اما به زودی روشن شد که ساختار پیشنهادی او اشتباه است. واتسون و کریک که پائولینگ را به جواب نزدیک می‌دیدند، به کار خود سرعت دادند تا راز حیات را زودتر از او کشف کنند.

در سال ۱۹۵۰ میلادی، فیزیکدانی به نام موریس ویلکینز که در کینگزکالج لندن مشغول تحقیق بود، با اشعه ایکس از دی‌ان‌ای عکس گرفت و آن را در کنفرانسی علمی در ناپل ارائه داد. این عکس‌ها نشان می‌داد که دی‌ان‌ای مولکولی طویل، نازک و با ساختاری بلوری است. البته برای اینکه بتوان از تفرق اشعه ایکس به شکل مولکول رسید، لازم بود محاسبات ریاضی انجام شود.

این عکس‌ها بود که توجه واتسون را جلب کرد و او را به کمبریج آورد. ویلکینز با کریک دوست بود و او را متوجه اهمیت دی‌ان‌ای کرده بود.

واتسون و کریک به جای آنکه براساس آزمایش تجربی کار کنند، تصمیم گرفتند با بررسی نتایج تحقیقات دیگران و محاسبات خودشان مدلی را پیشنهاد کنند و آن را با مقوا و سیم بازسازی کنند.

در آن سال‌ها دانش زیست‌شناسی برای حل مسائلی که با آن روبه‌رو بود، مجبور شده بود دست به دامان فیزیکدان‌ها شود. برای اینکه تصویری بهتر از دی‌ان‌ای گرفته شود، به تکنولوژی و متخصصان آن نیاز بود و همین باعث شد که سر جان رندال، رییس ویلکینز، روزالیند فرانکلین را به کینگزکالج بیاورد و محصول کارهای ویلکینز و دوربین جدیدی را که خریداری شده بود، در اختیار او قرار دهد.

این کار که بدون اطلاع ویلکینز صورت گرفت، زمینه‌ساز یکی از بحث‌های بزرگ در کشف دی‌ان‌ای است که تا به حال ادامه داشته است.

یک سال بعد، ویلکینز در ملاقاتی با واتسون و کریک به آنها گفت شواهدی دارد که نشان می‌دهد دی‌ان‌ای ساختاری مارپیچی دارد. کمی بعد واتسون که در یکی از سخنرانی‌های فرانکلین حاضر بود از یافته‌های او آگاه شد. واتسون که از این سخنرانی یاداشت برنداشته بود، دو هفته بعد براساس آنچه به یادش مانده بود، با همکاری کریک مدلی را برای دی‌ان‌ای پیشنهاد کرد.

آنها فرانکلین و همکارانش را از کینگزکالج لندن دعوت کردند تا مدل پیشنهادی خود را از مولکول دی‌ان‌ای به آنها نشان دهند. فرانکلین با دیدن مدل خندید و آن را غیرممکن دانست. این موضوع اسباب شرمساری تیم کمبریج را فراهم آورد و به واتسون و کریک گفته شد کار روی دی‌ان‌ای را متوقف کنند.

اما اوضاع در کینگرکالج هم خوب نبود. فرانکلین و ویلکینز دائم با هم در تضاد بودند و بالاخره فرانکلین، ویلکینز را از کار روی دی‌ان‌ای کنار گذاشت. ویلکینز پیش دوست قدیمی‌اش کریک از این وضعیت گله کرد.

مدتی بعد واتسون به لندن آمد تا با فرانکلین گفتگو کند. او به فرانکلین گفت که در محاسباتش اشتباه دارد و این، به جر و بحث شدیدی منجر شد. ویلکینز مداخله کرد، واتسون را به دفتر خود برد و عکسی به او نشان داد که به "عکس ۵۱" معروف است. این عکس کار فرانکلین بود و خود او به هیچ عنوان خبر نداشت که واتسون این عکس را دیده است، چون اجازه این کار را به ویلکینز نداده بود.

واتسون در راه برگشت به لندن طرحی را با مداد روی کاغذ کشید. با این حال هنوز واتسون و کریک به اطلاعات بیشتری نیاز داشتند.

در آن زمان، محققان کینگزکالج باید خلاصه‌ای از موضوع تحقیق خود را در اختیار همکاران دیگرشان در این موسسه می‌گذاشتند. فرانکلین هم مثل دیگر پژوهشگران کینگزکالج در پنج پاراگراف تحقیق خود را شرح داد. این خلاصه برای انتشار نبود اما محرمانه هم تلقی نمی‌شد.

این یادداشت به دست واتسون و کریک رسید.

خود فرانکلین در گفتگو با واتسون و کریک یکی از مهم‌ترین کلیدهای حل معما را هم به آنها داد: ستون فقرات دی‌ان‌ای در وسط مولکول نیست، بلکه پیرامون آن است. اینجا بود که واتسون و کریک فکر کردند آنچه را که لازم دارند، می‌دانند.

واتسون و کریک در آزمایشگاه کاوندیش به کار روی مولکول‌های دیگری گماشته شده بودند، آنها خودشان آزمایشی برای تعیین ساختار دی‌ان‌ای انجام نمی‌دادند، اما مرتب درباره دی‌ان‌ای فکر و گفتگو و با دیگران تبادل نظر می‌کردند.

دو دانشمند متوجه دو خطای فرانکلین در ارزیابی‌هایش شدند و فکر کردند که می‌توانند به نتیجه برسند. آنها سراغ سر فرانسیس براگ (جوان‌ترین برنده تاریخ نوبل) رییس آزمایشگاه کاوندیش رفتند و موافقت او را برای کار روی دی‌ان‌ای جلب کردند.

تقزیبا پنج هفته بعد، سر فرانسیس براگ در کنفرانسی علمی در بلژیک کشف ساختار دی‌ان‌ای را اعلام کرد، اما این موضوع انعکاسی در رسانه‌ها پیدا نکرد. هفده روز بعد کریک و واتسون مقاله خود را در نشریه معتبر نیچر منتشر کردند. مقاله‌ای که در اصل نامه‌ای کوتاه بود و آن را مهم‌ترین نوشته علمی دوران معاصر می‌دانند. در آن شماره، دو مقاله دیگر هم منتشر شد که کار ویلکینز و فرانکلین بودند. اما این دو مقاله به اندازه مطلب واتسون و کریک مورد توجه قرار نگرفتند، چون برخلاف آن، مدلی را برای مولکول دی‌ان‌ای پیشنهاد نکرده بودند.

بی‌بی‌سی در آن زمان چنین خبر داد: "دو دانشمند دانشگاه کمبریج پاسخ خود را به یکی از بنیادی‌ترین پرسش‌های زیست‌شناسی منتشر کردند. اینکه موجودات زنده چگونه خود را بازسازی می‌کنند. در مقاله‌ای که امروز در نشریه نیچر منتشر شد جیمز واتسون و فرانسیس کریک درباره ساختار ماده‌ای شیمیایی به نام دی‌اوکسی‌ریبونوکلئیک اسید یا دی‌ان‌ای توضیح دادند. به طور خلاصه این مولکول از دو رشته مارپیچ تشکیل شده است که دور یکدیگر پیچ خورده‌اند."

واتسون و کریک در نامه‌ای که برای انتشار مقاله به نیچر نوشته بودند، گفته بودند: "آگاهی از ماهیت کلی کارهای فرانکلین و همکارانش در کینگزکالج از محرک‌های آنها برای مقاله بوده است."

فرانکلین به کشف ساختار دی‌ان‌ای بسیار نزدیک شده بود، اما تعلل او در پیگیری و اصرار بی‌مورد بر محاسبات ریاضی، او را از این کشف دور کرد. به علاوه او در نتیجه‌گیری بسیار محتاط بود برعکس واتسون و کریک که کمی در این زمینه بی‌مهابا بودند.

پروفسور ایدرین هی‌دی، استاد کینگزکالج لندن می‌گوید: "حرکت اولیه برای گردآوری را پروفسور موریس ویلکینز انجام داد، او مطالعات اولیه را برای استفاده از اشعه ایکس در تعیین شکل مولکول دی‌ان‌ای انجام داد و دکتر روزالیند فرانکلین در ژانویه ۱۹۵۱ به کینگزکالج رفت و استفاده از اشعه ایکس را به سطح بالاتری از پیشرفت و وضوح ارتقاء داد."

واتسون و کریک "حتی یک آزمایش" هم برای انتشار مقاله خود انجام ندادند، اما تحسینی که از آنها شد، به دلیل خلاقیت حیرت‌انگیزشان نابجا نبود.

واتسون می‌گوید که اگر او و کریک در ماه فوریه به نتیجه نرسیده بودند، احتمالا فرانکلین معما را حل می‌کرد: "اگر روزالیند به فکر کردن به دی‌ان‌ای ادامه می‌داد و این کار را رها نکرده بود (می‌توانست جواب را پیدا کند)."

"ما نمی‌دانستیم که همزمان با ما او هم به این نتیجه رسیده که دی‌ان‌ای مارپیچی دو رشته‌ای است."

واتسون در گفتگو با نشریه معتبر ساینتیفیک امریکن گفته بود که بهترین حالت این بود که به او و کریک، نوبل فیزیولوژی یا پزشکی و به ویلیکنز و فرانکلین نوبل شیمی داده می‌شد.

اینکه چه کسی ساختار دی‌ان‌ای را کشف کرد، هنوز هم محل بحث است. عده‌ای واتسون و کریک را به سرقت علمی متهم می‌کنند. برخی دیگر معتقدند که تبعیض جنسیتی نسبت به فرانکلین او را از افتخار کشف محروم کرده است. با این حال خود فرانکلین اعتراضی به این موضوع نداشت و با کریک همیشه دوست ماند.

فرانکلین سه سال بعد در سی و هفت سالگی به سرطان مبتلا شد و در سال ۱۹۵۸ میلادی از دنیا رفت. او زمانی که تحت درمان بود، برای مدتی در خانه کریک ماند و با همسر او دوستی نزدیکی پیدا کرد.

کتابی که در سال ۱۹۶۸ میلادی، جیمز واتسون به عنوان روایتی شخصی از ماجرای کشف ساختار دی‌ان‌ای نوشت و یکی از پرفروش‌ترین کتابهای علمی شد، اعتراض بسیاری، از جمله کریک و ویلکینز را برانگیخت. آنها معتقد بودند که واتسون تصویری مخدوش از یک فرآیند علمی ارائه کرده و غیر از خودش، از همه تصویری منفی نشان داده است.

تا پیش از چاپ این کتاب تقریبا کسی روزالیند فرانکلین را نمی‌شناخت، اما به گفته ویلکینز، واتسون فرانکلین را از همه منفی‌تر تصویر کرده بود: زنی غیرقابل تحمل که همه از او می‌ترسیدند.

چهار سال بعد جایزه نوبل پزشکی به واتسون، کریک و ویلکینز تعلق گرفت. از فرانکلین نامی برده نشد چون نوبل به افرادی که فوت کرده‌اند داده نمی‌شود. در عین حال، از اینکه نام فرانکلین در جایزه ذکر نشده، به شدت انتقاد شده است. معمولا کمیته نوبل نام نامزدهای هر جایزه را محرمانه نگه می‌دارد، اما بعد از گذشت ۵۰ سال بایگانی آکادمی نوبل در دسترس همگان قرار می‌گیرد.

در سال ۲۰۰۸ میلادی، بسیاری منتظر بودند که ببینند آیا نام فرانکلین در بین نامزدها بود یا نه و پاسخ منفی بود. نام او در بین نامزدهای هیچ کدام از جوایز فیزیولوژی، پزشکی یا شیمی در سال ۱۹۵۸ میلادی نبود. در آن زمان او زنده بود.

ظهور بیوتکنولوژی

دی‌ان‌ای نماد دوران معاصر است. شاید هیچ نشانه‌ای مثل مارپیچ دو رشته‌ای سمبل عصر اطلاعات و تکنولوژی نباشد.

این کشف تقریبا همه چیز را در زندگی بشر تغییر داد. در نگاه به طبیعت و حیات و انسان، در نگرش به توانایی‌های بشر در مداخله در ذات حیات، در ایجاد بحث‌هایی تازه در حوزه اخلاق که پیش از آن شاید فقط در داستان‌های علمی تخیلی مطرح بود و حتی در هنر، این مولکول از نظر زیبایی‌شناختی الهام‌بخش بسیاری از هنرمندان شد و هست. کشف دی‌ان‌ای در جرم‌شناسی و رویه‌های قضایی هم تحولی چشمگیر ایجاد کرده است.

به واقع، پس از کشف دی‌ان‌ای رمز حیات گشوده شد. دیگر بررسی‌های پزشکی و زیست‌شناسی به مطالعه اندام‌ها و سلول‌ها محدود نبود، بلکه می‌شد به دستورالعملی که این اندام‌ها و سلول‌ها بر اساس آن کار می‌کنند، دسترسی داشت و حتی آنها را تغییر داد. به علاوه می‌شد رد این دستورالعمل‌ها یا همان ژن‌ها را در طول تاریخ گرفت و تکامل موجودات زنده را طی میلیون‌ها سال پیگیری کرد.

واتسون می‌گوید: "ما کم‌کم متوجه شدیم که علت بیماری‌ها این است که ژن‌ها درست کار نمی‌کنند."

"من این خوش‌بینی را دارم که می‌توانیم جلوی بسیاری از سرطان‌ها را بگیریم."

پس از کشف ساختار دی‌ان‌ای و شناسایی آنزیم نسخه‌بردار، باید رمز ژنتیکی شکسته می‌شد. یکی از مهم‌ترین کارکردهای ژن صدور دستور ساخت پروتئین‌ها است. پروتئین‌ها از اجزای سازنده‌ای تشکیل شده‌اند به نام اسیدهای آمینه. برای ساخت هریک از ۲۰ اسید آمینه‌ای که در بدن انسان وجود دارد، یک کد ژنتیکی وجود دارد که در دهه ۱۹۶۰ میلادی، مارشال نیرنبرگ و همکارانش آنها را کشف کردند.

آفتاب بیوتکنولوژی که در دهه هفتاد میلادی طلوع کرد، دانش و تکنولوژی برای دستکاری و تغییر دادن دی‌ان‌ای کافی بود.

پل برگ و هربرت بویر توانستند برای بریدن و چسباندن قطعات دی‌ان‌ای به همدیگر، راهی پیدا کنند. بویر بعد با همکاری استنلی این قطعات سرهم‌بندی شده را وارد باکتری کرد و از باکتری به عنوان ماشین فتوکپی برای تکثیر آنها استفاده کرد.

در سال ۱۹۸۳ میلادی، کری مولیس در حال رانندگی در بزرگراهی در کالیفرنیا ناگهان ایده‌ای نو در ذهنش جرقه زد و راه تکثیر دی‌ان‌ای را در لوله آزمایشگاه پیدا کرد، روشی که واکنش زنجیره‌ای پلی مراز یا پی‌سی‌آر نام گرفته است.

ژنتیک و پزشکی

در سال ۱۹۷۷ میلادی، با استفاده از همتاسازی مولکولی ژن هورمون سوماتواستاتین و بعد ژن انسولین شناسایی شدند. سال ۱۹۸۲ میلادی، انسولین تولیدشده با مهندسی ژنتیک وارد بازار شد.

تولید مولکول‌های حیاتی به یکی از مهم‌ترین کاربردهای مهندسی ژنتیک تبدیل شده است. تولید واکسن‌هایی مثل هپاتیت با مهندسی ژنتیک و نیز مشاوره ژنتیک برای پیشگیری از تولد نوزادان مبتلا به بیماری‌هایی ژنتیکی، یکی از مهم‌ترین راه‌های جلوگیری از بیماری‌ها در حال حاضر است.

در سال ۱۹۸۶ میلادی، ژن اولین بیماری (گرانولوماتوز مزمن) شناسایی شد. از آن به بعد، ژن صدها بیماری ارثی شناسایی شده است، اما در زمینه تاثیر ژن‌ها روی بیماری‌های رایج و نیز رفتارهای انسان، موفقیت بزرگی حاصل نشده است، چون ژن‌های تاثیرگذار بسیار متعددند و عوامل محیطی هم وارد محاسبه می‌شوند.

پروژه ژنوم انسان که در واقع تعیین توالی بازهای ۲۰ تا ۲۵ هزار ژن بدن انسان است، رسما از سال ۱۹۸۸ میلادی و به مدیریت جیمز واتسون آغاز شد.

واتسون چهار سال بعد مجبور به استعفا شد و این پروژه که به مدت ۱۵ سال تصویب شده بود، با توجه به همکاری بین‌المللی در سال ۲۰۰۰ میلادی به مرحله پیش‌نویس رسید و در سال ۲۰۰۳ میلادی کامل شد. این پروژه به صورت کتابی در ۱۳۰ جلد منتشر شده که اکنون در دانشگاه لستر به نمایش گذاشته شده است و یک دور روخوانی آن ۹۰ سال طول می‌کشد.

البته هنوز با ژن‌درمانی و جایگزین یا برطرف کردن عیب ژن‌های ناقص فاصله زیادی داریم، اما پزشکان در حال حاضر می‌توانند با بررسی ژن‌های برخی مبتلایان به سرطان درمان موثرتر را انتخاب کنند.

کشف دی‌ان‌ای را بسیاری با قدم گذاشتن روی ماه مقایسه کرده‌اند. قدمی کوتاه برای انسان و جهشی بزرگ برای بشریت. تحولی که هنوز در مرحله نوزادی است و هنوز راه زیادی در پیش دارد.