Της Ζωής Φουρκιώτη,
Ποιος θα το φανταζόταν ότι όταν στα τέλη του Φλεβάρη του έτους 1953 ο Francis Crick ανακοίνωνε στην παμπ Eagle του Cambridge πως είχαν ανακαλύψει το μυστικό της ζωής (αναφερόταν στη δομή της διπλής έλικας του DNA), θα προμήνυε αυτό το λαμπρό μέλλον στην επιστήμη της Μοριακής Βιολογίας. Μαζί θα εξερευνήσουμε την ιστορία ενός πολύ μεγάλου κεφαλαίου της επιστήμης αυτής που ακούει στο όνομα «Γενετικός Κώδικας».
Ο γενετικός κώδικας είναι η γλώσσα της ζωής. Είναι ένας μηχανισμός που επιτρέπει στα κύτταρα να μεταφράζουν την αλληλουχία των βάσεων του DNA (Αδενίνη, Κυτοσίνη, Γουανίνη και Θυμίνη) σε αμινοξέα, τα οποία στη συνέχεια σχηματίζουν πρωτεΐνες. Αυτή η διαδικασία είναι απαραίτητη για τη λειτουργία όλων των ζωντανών οργανισμών. Ο Γενετικός Κώδικας είναι για πολλούς μια από τις σπουδαιότερες ανακαλύψεις του 20ου αιώνα. Πρόκειται, ουσιαστικά, για έναν αλγόριθμο που συνδέει 64 τριπλέτες RNA με 20 αμινοξέα. Η λειτουργία του ερείδεται στην τριάδα νουκλεοτιδίων που καθορίζει, κάθε φορά, ένα συγκεκριμένο αμινοξύ, με το σύστημα αυτό να δίνει τη δυνατότητα μεταφοράς γενετικών πληροφοριών από το DNA στις πρωτεΐνες.
Το 1950 ήταν μια δεκαετία που χαρακτηρίστηκε από πληθώρα υποθέσεων και λανθασμένων θεωριών για την αντιστοίχιση του DNA με τις πρωτείνες. Έτσι, σταδιακά, η έρευνα αυτή μετατράπηκε σε ένα αφηρημένο μαθηματικό πρόβλημα αντιστοίχισης δύο αλφαβήτων. Ενδιαφέρον είναι, μάλιστα, το γεγονός ότι οι πρώτες προτάσεις για τον γενετικό κώδικα προήλθαν από φυσικούς, και όχι βιολόγους. Ένας από αυτούς ήταν ο πρωτοπόρος της Θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης, George Gamow. Ο εν λόγω επιστήμονας πρότεινε ότι το DNA σχηματίζει διαμαντένια μοτίβα που ταιριάζουν με συγκεκριμένα αμινοξέα, με τον κώδικα να είναι επικαλυπτόμενος (κάθε βάση συμμετείχε σε τρία διαφορετικά κωδικόνια).
Έτσι, ιδρύθηκε από τον ίδιο μια κλειστή λέσχη, η RNA Tie Club. Ήταν μια ομάδα επιστημόνων που εργαζόταν να λύσουν το παζλ του γενετικού κώδικα με είκοσι τακτικά μέλη, δηλαδή ένα για το κάθε αμινοξύ και τέσσερα επίτιμα μέλη και ένα για το κάθε νουκλεοτίδιο. Και τι πιο συναρπαστικό από τα μέλη της λέσχης να φορούν γραβάτες με σχέδιο DNA και όνομα από κάθε αμινοξύ!
Ο Francis Crick, έπειτα, εισήγαγε την «υπόθεση του προσαρμογέα», προτείνοντας ότι ένα ενδιάμεσο μόριο RNA, το γνωστό σε όλους μας σήμερα μεταφορικό RNA (tRNA), καθίσταται υπεύθυνο για τη μεταφορά των αμινοξέων στις σωστές θέσεις μέσα στο ριβόσωμα, μια υπόθεση η οποία, ως καθίσταται κατανοητό, επιβεβαιώθηκε.
Το 1961, έγινε ένα καθοριστικό βήμα στο ταξίδι της αποκρυπτογράφησης του γενετικού κώδικα. Οι Marshall Nirenberg και Heinrich Matthaei δημιούργησαν ένα τεχνητό RNA που περιείχε μόνο ουρακίλη (poly-U) και το εισήγαγαν σε ένα κυτταρικό σύστημα. Διαπίστωσαν ότι το RNA αυτό οδηγούσε στη σύνθεση μια πρωτεΐνης η οποία αποτελούνταν αποκλειστικά από φαινυλαλανίνη. Ήταν η πρώτη αντιστοίχιση κωδικονίου-αμινοξέος που αποκαλύφθηκε! Τα επόμενα χρόνια, άλλα πειράματα αποκάλυψαν την αντιστοιχία των υπόλοιπων κωδικονίων με αμινοξέα, οδηγώντας σταδιακά στην αποκρυπτογράφηση του κώδικα μέχρι το 1965.
Ένα από τα στοιχεία το γενετικού κώδικα που τον καθιστούν αξιοθαύμαστο, είναι η καθολικότητα του. Από τα βακτήρια ως τους ανθρώπους, τα ίδια κωδικόνια καθορίζουν τα ίδια αμινοξέα, υποδηλώνοντας ότι ο κώδικας προέρχεται από έναν κοινό πρόγονο. Ας μη λησμονούμε, ωστόσο, πως όπως σε όλους τους κανόνες, έτσι και εδώ, υπάρχουν εξαιρέσεις. Επί παραδείγματι, σε ορισμένους μικροοργανισμούς μερικά κωδικόνια έχουν διαφορετική σημασία.
Στη φυσικοχημική πλευρά του ζητήματος, η προέλευση του γενετικού κώδικα παραμένει, μέχρι και σήμερα, ένα ανοιχτό ερώτημα. Ο Carl Woese πρότεινε τη στερεοχημική υπόθεση, με βάση την οποία ο κώδικας εξελίχθηκε μέσω αλληλεπιδράσεων μεταξύ αμινοξέων και νουκλεοτιδίων, ενώ, από την άλλη πλευρά, ο Crick διατύπωσε την υπόθεση ότι ο γενετικός κώδικας σταθεροποιήθηκε σε κάποιο στάδιο της εξέλιξης, δίχως να έχει δυνατότητα σημαντικής αλλαγής.
Η ανακάλυψη και η κατανόηση του γενετικού κώδικα συνιστούν ένα από τα πιο λαμπρά επιστημονικά επιτεύγματα στην ιστορία της Μοριακής Βιολογίας. Ο γενετικός κώδικας είναι η γέφυρα μεταξύ της ύλης και της ζωής, το αλφάβητο από το οποίο γράφεται το μεγάλο βιβλίο της εξέλιξης. Και αν υπάρχει κάτι σίγουρο, είναι ότι η εξερεύνηση αυτού του θαυμαστού φαινομένου δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί.
ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ
- The Invention of the Genetic Code, American Scientist, διαθέσιμο εδώ
- Origin and evolution of the genetic code: the universal enigma, IUBMB Life, διαθέσιμο εδώ
- The Genetic Code: Francis Crick’s Legacy and Beyond, MDPI, διαθέσιμο εδώ
