دانشمندان فراموش‌شده‌ای که راه را برای کشف DNA هموار کردند

دانشمندان، جیمز واتسون و فرانسیس کریک به‌عنوان اولین افرادی که روی ساختار DNA کار کردند مشهور شدند و روزالین فرانکلین و موریس ویلکینز هم برای ثبت تصاویر مولکولی که زمینه‌ساز این امر شدند، شناخته می‌شوند. اما برخی دیگر از دانشمندان نقش محوری در یکی از مهم‌ترین کشفیات قرن ایفا کرده‌اند؛ درحالی‌که بسیار کمتر شناخته‌شده و مورد تقدیر هستند.

در پاییز ۱۹۴۷، کریث و سرپرست‌های پژوهش دکترای او، سومین و آخرین برگه از نتایج پژوهششان را که در دانشگاه ناتینگهام صورت گرفته بود منتشر کردند. این برگه برای اینکه بدانیم مولکول DNA چگونه نگه داشته می‌شود، شواهد لازم را تکمیل می‌کرد. با اثبات این امر که DNA دارای چسب مولکولی است که باعنوان پیوند هیدروژنی شناخته می‌شود، برای واتسون و کریک آشکار شد که این مولکول شامل دو رشته می‌شود که در مارپیچی دوگانه به هم متصلند. این کشف، شش سال بعد باعث پدید آمدن علم ژنتیک به شکلی که امروز میشناسیم شد.

کریث حتی مدل فرضی خود از DNA را ساخت که چندان هم بی‌شباهت به ساختار واقعی DNA نبود. این مدل متشکل از دو زنجیره می‌شد که بین قطعاتش پیوندی برقرار بود. متأسفانه کشفیات او از دید بسیاری دور ماند. اما ۷۰ سال بعد، دانشگاه ناتینگهام در کنفرانسی ویژه کشف پیوندهای هیدروژنی در ساختار DNA را در همان ساختمانی که این کشف در آن روی داده بود جشن گرفت.

راز DNA

کریث در سال ۱۹۲۴ متولد شد و در مدرسه دستور زبان نورثهمپتون تحصیل کرد. او در همان میدلند شرقی باقی ماند و در رشته‌ی شیمی در کالج ناتینگهام ادامه‌ی تحصیل داد. کریث تحت نظر اساتیدی همچون ج. ماسون و دنیس جردن از رساله‌ی دکترای خود دفاع کرد؛ اساتیدی که بعدها به کریث در رسیدن به نظریات پیشگامانه‌اش کمک کردند.

در آن زمان توجهات زیادی به DNA در محافل علمی جلب شده بود؛ زیرا دانشمندان احتمالات زیادی مبنی بر ارتباط این ماده با ژن‌ها و وراثت می‌دادند. پژوهش‌ها نشان داد که DNA از بخش‌هایی با نام نوکلئوتید ساخته شده است.هر کدام از نوکلئوتیدها از مولکول قندی به نام دئوکسی ریبوز، یک گروه فسفات و یکی از چهار گروه مولکول نیتروژنی ساخته شده‌ است. این چهار گروه مولکولی نیتروژنی عبارتند از: تیمین، سیتوزین، آدنین و گوانین.

اما چگونگی ساخت و اتصال ژن‌ها ناشناخته باقی ماند. برخی دانشمندان حتی گمان می‌کردند که ساختار DNA ممکن است به شکل توپ باشد. شاید اگر می‌توانستند روی ساختار دقیق DNA کار کنند، اسرار کدهای ژنتیکی را کشف می‌کردند.

همکلاسی‌های کریث، یعنی ترلفال و تیلور هم با این موضوع درگیر شدند. ترلفال سعی کرد راهی برای خالص‌سازی نمونه‌های DNA بیابد تا سرنخ‌هایی درباره ساختار آن بیابد. گولاند، جردن و تیلور بعدها با فرآیندی که تیتراسیون الکترومتریک نامیده می‌شود، روی ساختار DNA خالص‌سازی شده مطالعه کردند که این ماده با قرارگیری در محیط اسیدی یا بازی چه تغییری پیدا می‌کنند.

وقتی آن‌ها به نتایج مورد انتظارشان نرسیدند، فکر کردند این اتفاق ممکن است به‌ دلیل وجود پیوند هیدروژنی در ساختار DNA رخ داده باشد. این مورد وقتی پیش می‌آید که اتم‌های هیدروژن با برخی اتم‌های خاص از جمله اکسیژن و نیتروژن، الکترون به اشتراک می‌گذارند که روی شکل کلی مولکول اثرگذار است.

قدم پایانی و قطعی در این زمینه، آزمایش کریث با استفاده از تکنیک ویسکومتری بود. این امر، مقیاسی از اندازه مولکول DNA در حالت محلول و چگونگی تغییر اندازه آن ارائه داد.

وقتی یک اسید یا باز قوی به محلول اضافه می‌شد، گرانروی (مقاومت یک مایع در برابر اعمال تنش برشی) آن به میزان قابل‌توجهی کاهش پیدا می‌کرد. این اتفاق به دلیل حضور پیوندهای هیدروژنی روی می‌دهد. کریث، گولاند و جردن نتیجه گرفتند که در این شرایط، پیوندهای هیدروژنی به پایه‌های نوکلئوتیدهای مجاور می‌پیوندند.

اسیدها و بازها، این پیوندها را به‌طور برگشت‌ناپذیری مختل می‌کنند تا مولکول DNA به واحدهای کوچک‌تری تقسیم شوند و حالت سیال‌تری پیدا کنند. اگرچه کریث و سرپرست‌های این پژوهش نتوانستند ساختار دقیق DNA را کشف کنند؛ اما نشان دادند که پیوندهای هیدروژنی باید بخش مهمی از ساختار DNA باشند.

کریث در رساله‌‌ی دکترای سال ۱۹۴۷ خود، به‌درستی حدس زد که مولکول DNA شامل دو زنجیره می‌شود که هر کدام یک ساختمان قند-فسفات در بیرون و پیوندهای هیدروژنی در داخل دارند. بعدها مشخص شد که این ساختار دو زنجیره‌ای بهترین حالت برای عملکرد زیست‌شناختی DNA است. پیوندهای هیدروژنی به اندازه‌ای مستحکم بودند که بتوانند مجموعه زنجیره‌ها را نگه دارند؛ اما ضعیف‌تر از آن بودند که بتوانند به‌طور کامل جدا شوند و مثل دستورهای ژنتیکی، خوانده و تکثیر شوند.

مدتی پس از این کشفیات، اعضای این گروه از هم جدا شدند. گولاند در یک سانحه قطار جان باخت و جردن به دانشگاه آدلاید نقل مکان کرد. با این حال کریک و واتسون به تشریح دقیق ساختار مارپیچ دوگانه DNA پرداختند.

اگرچه سه دانشمند دانشگاه ناتینگهام هیچ‌گاه به نتیجه نهایی و دقیقی درباره ساختار DNA نرسیدند؛ اما پژوهش‌های آن‌ها در ممکن ساختن یکی از تأثیرگذارترین کشفیات علم مدرن، بسیار حیاتی بود.

به گفته کریث در روزهای پس از بازنشستگی: ما صرفا یک نگاه اجمالی و گذرا به موضوع نداشتیم؛ بلکه دیدی صحیح از مسئله‌ای یافتیم که کم‌اهمیت‌تر از رمزگشایی حیات روی این سیاره نبود.

فرید کریمی