„DNA“ is omnipresent

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Was war eigentlich vor der DNA? Die wegweisenden Erkenntnisse des Lord Todd

„DNA“ ist allgegenwärtig. Aus der DNA kann man ablesen, mit wem man verwandt ist, sie verrät über Erbkrankheiten, über Stammbäume, über Früh- und Vormenschen. Man kann sie verändern und dadurch resistente Pflanzen bauen. Oder HIV-resistente Babys, wie Anfang des Jahres in China publik wurde. Allerdings hat die Behauptung des chinesischen Forschers He Jiangkui durch CRISPR-Eingriff an der DNA HIV-Infektionen bei Menschen verhinderbar gemacht zu haben, niemand Unabhängiges nachgeprüft.

Auch technisch ist DNA zu gebrauchen. Mit einer Technik namens „DNA-Origami“ basteln Wissenschaftler winzige Gerüste zusammen oder stellen Maschinchen her, die sich auf ein Signal hin selbständig bewegen können. Eine der neuesten Erfindung ist, DNA als Baustein in der Informationstechnologie zu verwenden.

Das geht, weil DNA beides kann, Struktur und Information. Beides hängt in der DNA untrennbar zusammen. Und so kam die erstmalige Präsentation der DNA-Struktur im Jahr 1953 im Fachmagazin „Nature“ einem Urknall der DNA-Technologie gleich. Ab jetzt war es möglich, das Erbgut und die Gene zu entziffern. Ausgetüftelt, ja fast ausgeknobelt haben die Struktur der Amerikaner James (Jim) Watson (*1928) und der Brite Francis Crick (1916-2004). Sie grübelten über Röntgenstrukturaufnahmen der Biochemikerin Rosalind Franklin (1920-1958).

Das geht, weil DNA beides kann, Struktur und Information.

Woher wussten Watson und Crick, was sie da zu einer Struktur zusammenfügen sollten?

Vor Watson und Crick konnten die Wissenschaftler mit „DNA“, die so noch nicht genannt wurde, noch nicht viel anfangen. Sie galt als eine Form von Nukleinsäuren, eine saure Substanz im Zellkern. Dass sie chemisch schon recht gut analysiert worden war, lag auch an der langen Tradition der organischen Chemie in Deutschland. Deren wichtigste Player beschäftigten sich seit der Mitte des 19. Jahrhunderts höchst erfolgreich mit Naturstoffen: Zahlreiche berühmte Wissenschaftler untersuchten vor allem in Berlin und München Farbstoffe, Zucker und Gallensäuren. Mit letzteren Substanzen hatte der schottische Student Alexander Todd (1907–1997) zuerst zu tun, als er von 1929 bis 1931 in Frankfurt am Main seine (erste) Doktorarbeit in Naturstoffchemie anfertigte. Anschließend promovierte er noch einmal, nämlich in Oxford in England über Pflanzenfarbstoffe.

Danach erforschte er, wie viele Wissenschaftler seiner Zeit, Vitamine. Und hier schlägt sich der Bogen zur DNA: Todds erstes untersuchtes Vitamin war Thiamin (Vitamin B1). Es enthält, wie man wusste und wie Todd auch weiter untersuchte, eine Stickstoffbase. Eine solche Base enthalten aber auch Nukleotide, die die sich bei der Zersetzung von Nukleinsäuren bilden. Interessant (für Todd) war nun folgende gedankliche Verknüpfung: Vitamine schienen sich in Nukleotide umzuwandeln oder besaßen deren Bestandteile, und von Nukleotiden war bekannt, dass sie bei vielen biochemischen Vorgängen unerlässlich waren. Also musste man Nukleotide näher untersuchen. Gedacht, getan. Todd fand heraus, wie man Nukleotide herstellt, woraus sie bestehen, und welche besonders wichtig sind.

 

Und woraus bestehen nun Nukleotide?

Die wässrige Zersetzung von Nukleinsäuren mündet in Stoffen, die Nukleoside genannt werden. Diese wiederum lassen sich in eine Stickstoffbase, die Nukleinbase, und einen Zucker aufteilen. Ein weiteres Produkt der Zersetzung ist Phosphorsäure. Ist die Phosphorsäure noch an das Nukleosid gebunden, ist das Produkt ein Nukleotid.

Dessen Grundaufbau (Zucker, Base, Phosphat) ist immer gleich. Variabel sind die Sorte Zucker, die Base, von der in DNA und RNA vier unterschiedliche vorkommen, und die Anzahl an Phosphateinheiten.

Die Zuckersorte ist in der DNA immer gleich, und Todd analysierte, an welchen Atomen Zucker, Phosphat und Base miteinander verknüpft sind. Todds Arbeiten zu Nukleinsäuren geschahen Ende der 1940er Jahre. Die Kollegen Watson und Crick, die ebenfalls an der Universität Cambridge arbeiteten, konnten direkt darauf zurückgreifen.

1951 begannen Watson und Crick mit dem DNA-Struktur-Puzzle. Für ihre Leistung, die Struktur als zwei sich schraubenförmig umwindende Stränge zu identifizieren, erhielten Watson, Crick und Maurice Wilkins (1916-2004), der mit Rosalind Franklin zusammengearbeitet hatte, 1962 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Todd war in der Hinsicht früher erfolgreich: Er nahm 1957 den Nobelpreis für Chemie entgegen.

Todd erforschte nicht nur Nukleinsäuren, sondern untersuchte vor allem die Rolle der Nukleotide als Helfersubstanzen bei biochemischen Vorgängen. Dadurch trug er wesentlich zur Erforschung des Stoffwechsels bei. Er erhielt 1954 den Ritterschlag (Sir) und wurde 1962 in den Stand eines Life Peer (Lord) erhoben.

Bild Alexander Todd Nobel
(2 October 1907 – 10 January 1997)
Foto@Wikimedia

Source: Wikemedia Commons.