Livets hemmelighed blev afsløret lørdag formiddag den 28. februar 1953 i Cavendish-laboratoriet i Cambridge, England. Den formiddag faldt de sidste brikker på plads for amerikaneren James D. Watson og englænderen Francis Crick, og de kunne offentliggøre deres model af DNA-molekylets struktur, en dobbeltspiral – den senere så berømte Watson-Crick-model, der betegnede et klimaks i genetikkens udvikling (figur 1-1).
Næsten 50 år senere, mandag den 26. juni 2000, indtrådte et nyt klimaks, da USA’s præsident Bill Clinton og Englands premierminister Tony Blair samtidig annoncerede færdiggørelsen af den første version af den komplette kode i menneskets arvemasse. Bill Clinton udtalte ved den lejlighed: “I dag har vi lært det sprog, hvormed Gud skabte livet. Med denne fundamentale nye indsigt er menneskeheden ved grænsen til at erhverve ufattelige nye kræfter til at helbrede”.
En vigtig egenskab ved Watson-Crick-modellen er, at den umiddelbart giver svar på to af biologiens ældste mysterier: Hvordan arvelig information er lagret, og hvordan den bliver kopieret. DNA-molekylet er nøglen til naturen af alle levende ting. Det lagrer den arvelige information, der videregives fra én generation til den næste, og det dirigerer cellens ufattelig komplicerede verden. DNA-molekylet rummer med Cricks egne ord selve hemmeligheden om livet.
Watson-Crick-modellen gør en ende på en debat, der er lige så gammel som menneskeheden: Har livet en eller anden magisk eller mystisk essens, eller er det et produkt af normale fysiske og kemiske processer? Er der ved cellen noget iboende guddommeligt, der gør den levende? Watson-Crick-modellen besvarede dette spørgsmål med et definitivt nej.
Charles Darwins evolutionsteori om naturlig udvælgelse, der blev offentliggjort i 1859, viste, hvordan alle livsformer er beslægtede, og det var et stort skridt fremad i vores forståelse af verden i materialistiske (fysisk-kemiske) termer. Ligeså var de gennembrud, som biologerne Theodor Schwann og Louis Pasteur skabte i anden halvdel af det 19. århundrede: Deres forsøg viste, at råddent kød ikke spontant kunne give ophav til liv (i dette tilfælde maddiker). Almindelige biologiske fænomener, i dette tilfælde æglæggende fluer, var ansvarlige for maddikerne. Den ældgamle idé om spontan skabelse var død.
DNA-dobbeltspiral vist skematisk.
På trods af det ovenstående trivedes forskellige former af vitalisme – troen på at fysisk-kemiske processer ikke alene kan forklare livsprocesserne – i bedste velgående i 2. halvdel af 1800-tallet. Selv mange biologer, der ikke uden videre kunne acceptere naturlig udvælgelse som alene bestemmende for opståelsen af evolutionære linjer, opererede med en dårlig defineret overordnet spirituel kraft, der var ansvarlig for de forskellige livsformer.
Derfor var Watson-Crick-modellen så vigtig. Den bragte klarhed over, hvordan en celle fungerer. Den intellektuelle rejse, der var begyndt med Kopernikus (1473-1543), der fjernede mennesket fra Universets centrum, og som fortsatte med Darwins insisteren på, at mennesker blot var modificerede aber, havde endelig fokuseret ind på selve livets essens. Og der var intet specielt ved det. Dobbeltspiralen er en elegant struktur, men dens budskab er fuldstændig prosaisk: Livet er ganske enkelt et spørgsmål om kemiske processer.
Ingen kunne have forudset den kolossale indvirkning af Watson-Crick-modellen på videnskaben og samfundet. Indlejret i molekylets yndefulde kurver ligger nøglen til livets hemmelighed og til en helt ny videnskab, molekylærbiologien, der over de efterfølgende 50 år har givet os en forbløffende række af indsigter i fundamentale biologiske processer. Lige så betydningsfuld har indvirkningen været på lægevidenskaben, fødevareproduktionen og på retssystemet. DNA er ikke længere noget, der kun interesserer hvidklædte forskere i obskure universitetslaboratorier; det vedkommer os alle.
Menneskets arvemasse (det humane genom) rummer nøglen til at forstå, hvorfor vi er mennesker. Det er så at sige “Livets Bog”. Det befrugtede æg fra et menneske og en chimpanse er, i det mindste fra en overfladisk betragtning, fuldstændig ens. Men det ene æg indeholder menneskets arvemasse og det andet chimpansens arvemasse. I hvert af de to befrugtede æg er det DNA-molekylerne, der er ansvarlige for den helt ekstraordinære transformation fra en enkelt, relativ simpel celle til det ekstremt komplekse voksne individ, der for menneskets vedkommende består af 100.000.000.000.000 celler. Men kun chimpansegenomet kan lave en chimpanse, og kun menneskegenomet kan lave et menneske.
DNA er kommet et langt stykke fra den lørdag formiddag i Cambridge. Men der er lang vej igen: Det genetiske grundlag for mange af de “store folkesygdomme” (sukkersyge, åreforkalkning, forhøjet blodtryk, skizofreni m.fl.) er endnu i det store og hele ukendt; kræft er stadig vidtgående en uhelbredelig sygdom; effektiv genterapi er endnu ikke udviklet; rekombinant DNA-teknologi mangler endnu at vise sit fulde potentiale til at forbedre vore fødevarer. Men alle disse ting vil med sikkerhed komme i tiden fremover.
Den moderne genetik grundlægges af Mendel
Det var William Bateson, der i 1909 navngav videnskaben om arv genetik, men det er Johann Gregor Mendel (1822-1884), munk ved augustinerklosteret i Brno i det nuværende Tjekkiet, der anerkendes som den moderne genetiks grundlægger. Mendel udførte forsøg med ærteplanter, og han erkendte herved som den første eksistensen af arveanlæg som særskilte enheder, Elemente, der fordeles på regelmæssig måde fra forældre til afkom. Mendel opdagede med andre ord de lovmæssigheder, der styrer nedarvningen af simple egenskaber. Mendel præsenterede sine resultater ved to foredrag i det lokale naturhistoriske selskab, og et år senere publicerede han resultaterne i selskabets tidsskrift under overskriften: “Versuche über Pflanzen-Hybriden”. Selvom han sendte kopier af sin artikel til fremtrædende videnskabsfolk i Europa, blev han fuldstændig ignoreret af sin samtid. Betydningen af Mendels opdagelse blev først klar, da tre forskere, den hollandske plantefysiolog Hugo de Vries (1848-1935), den tyske botaniker Carl Correns (1864-1933) og den østrigske planteforædler Erich von Tschermak (1871-1962) i år 1900 uafhængigt af hinanden genopdagede Mendels arbejde.
Genopdagelsen af Mendels arbejde var den virkelige begyndelse på den moderne genetik, men alle tre ovennævnte erkendte, at deres resultater var opnået 35 år tidligere af Mendel. I respekt for og anerkendelse af Mendels betydning anvendes ordet mendelsk både om forskellige nedarvningsmønstre, og om de sygdomme, der skyldes mutationer i enkelte gener. Essensen af Mendels arbejde er, at han opdagede, at det var specifikke faktorer (de senere gener), der nedarves, og hvordan denne nedarvning foregik. Årsagen til miskendelsen af hans resultater var formentlig, at hans love om nedarvning blev udviklet på et rent abstrakt grundlag. Gener kendte man intet til, og selvom man kendte til kromosomer (der første gang var blevet iagttaget af W. Hoffmeister i 1848), havde man endnu ikke iagttaget deres karakteristiske opførsel i tilslutning til celledelingen (se kapitel 2).
Genopdagelsen af Mendels arbejde skabte med ét klarhed over de simple nedarvningsmønstre (dominant, vigende) for almindelige egenskaber. Den første nedarvede egenskab, der blev erkendt som sådan, var alkaptonuri, der blev beskrevet af William Bateson og Archibald Garrod i begyndelsen af 1900-tallet. Alkaptonuri er en godartet tilstand, der skyldes mangel på leverenzymet homogentisinsyre; personer med alkaptonuri kan derfor ikke nedbryde homogentisinsyre, der udskilles i urinen. Homogentisinsyre iltes nemt til et sort pigment, hvorfor urinen fra personer med alkaptonuri bliver sort, når den udsættes for atmosfærens ilt.
Det var endvidere i år 1900, at de første blodtyper, der alle følger mendelske nedarvningsmønstre, blev kendt, idet østrigeren Karl Landsteiner opdagede ABO-systemet. I 1911 opdagede amerikaneren E.B. Wilson, at genet for farveblindhed fandtes på X-kromosomet. Farveblindhed nedarves i overensstemmelse hermed såkaldt kønsbundet (se figur 1-2).
Tiden før Mendel
Filosoffer fra det antikke Grækenland, bl.a. Hippokrates og Aristoteles, mente, at væsentlige menneskelige karaktertræk, såsom skaldethed, skelen og øjenfarve blev bestemt af sæden, der anvendte menstruationsblodet som et dyrkningsmedium og livmoderen som inkubator. Hippokrates mente, at sæd