DNK strukturasining kashf etilishi

Boston universitetining biomeditsina muhandisligi fakulteti professori, fizika-matematika fanlari doktori, biofizik Maksim Frank-Kamenetskiy bilan rentgenostrukturaviy tahlil hamda, DNK molekulasining shakl va asoslari haqidagi suhbat.

DNKning hujayra yadrosida joylashadigan molekula sifatida kashf qilinganiga ancha bo‘lgan. Uni XIX-asrning 60-yillarida Shveytsariyalik vrach Fisher tomonidan ochilgan edi. Lekin DNKning haqiqiy tarixi aytish mumkinki, 1953-yildan e’tiboran boshlanadi. Aynan shu yili DNK molekulasining strukturasi kashf qilingan. o‘shandan buyon DNK, o‘zining tirik organizmlar hayotida markaziy o‘rin tutuvchi ob’ektlardan biri ekanligi orqali olamga mashhur bolib kelmoqda.

DNKni kim tomonidan va qanday kashf etilgan? Bu savolga javobni ko‘pchilik yaxshi biladi: DNKni ingliz olimi Frensis Krik va amerikalik olim Jeyms Uotson tarafidan Buyuk Britaniyada, aniqrog‘i Kembrijda kashf qilingan. Uotson bu yerga malaka oshirish maqsadida kelgan edi. U paytlari Uotson endi-endi ilmiy tadqiqotlar olamiga kirib kelayotgan yosh biolog mutaxassis bo‘lib, Kavendish laboratoriyasida olib borilayotgan DNK strukturasi bo‘yicha ilmiy tadqiqotlarda qatnashish uchun jiddi-jahd qilgan 24-yoshli ishtiyoqmand yigitcha edi. Bu vaqtga kelib, DNK molekulasi inson irsiy axborotini o‘zida saqlashi va avloddan-avlodga tashishi haqida yetarlicha ma’lumotlar yig‘ilgan bo‘lib, ularga faqat Uotson ichki intuitsiya orqali ishonar edi. Lekin bu natijalarga ishonmaydigan olimlar ham bisyor bo‘lganidan, hali tajriba natijalarining amaliy isbotini obdon sayqallash talab etilardi. Kavendish laboratoriyasida Uotson bilan maslakdosh bo‘lgan kam sonli xodimlardan biri Frensis Krik ishlagan. U ham DNK molekulasi strukturasini aniqlash orqali inson irsiyati sinoatlarining tagiga yetish mumkin degan g‘oyaga qattiq ishonardi. Biroq Uotson va Krik tasarrufida DNK molekulasi strukturasini tadqiq qilish imkonini beruvchi hech qanday laboratoriya jihozi va asbob-uskunasi bo‘lmagan. Bu boradagi eng ilg‘or tadqiqotlar esa, Kavendish laboratoriyasida emas, balki Londondagi Qirollik kollejida olib borilayotgan bo‘lib, u yerdagi ilmiy tekshiruvlarni — rentgenostrukturaviy tahlil bo‘yicha mutaxassis Rozalinda Franklin tomonidan o‘tkazilayotgan bo‘lgan. Uotson va Krik uning oldiga yo‘l olishadi. Shu tarzda, DNK strukturasiga nisbatan sevgi uchburchagi — Uotson, Krik va Rozalinda ishtirokidagi drama boshlanadi.

Albatta, Rozalinda ham DNK strukturasini aniqlash bo‘yicha ish olib borayotgan olimlar ichida birinchisi ham, yagonasi ham emasdi. Bu paytga kelib, rentgen nurlarining kristall panjara orqali difraksiyalanishi xossasi asosida DNK molekulasi strukturasini aniqlashga qaratilgan ilmiy tajribalar ko‘plab nufuzli ilmiy dargohlarda allaqachon keng ko‘lamda o‘tkazilayotgan bo‘lgan. Lekin aynan Rozalinda Franklin bu borada to‘g‘ri yondoshuv asosidagi tub burilish yasovchi qadamni tashlay oldi. Gap shundaki, rentgenostrukturaviy analizning to‘g‘ri chiqishi uchun, u orqali tekshirilayotgan molekulalar kristall panjara xossasiga ega bo‘lishi lozimdir. DNK molekulasi esa juda uzun bo‘lib, ustiga-ustak u kristallanmaydi. Shu sababli ham, Rozalinda DNKni kristallash masalasini chetga surib, DNKni tola sifatida o‘rganishga kirishdi. Ya’ni u DNKni eritma holida emas, balki cho‘ziluvchan (kisel) tola tarzida oldi va uning molekulalarini muayyan yo‘nalishda u yoki bu darajada tartiblanishini tekshirdi. Keyin esa ularga qarata rentgen nurlari dastasi yo‘naltirilib, DNK tolasi orqali rentgen nurini tarqalishi manzarasi olingan va tahlil qilingan. Tarqalish manzarasini fotosuratga olgan olima, ularni qayta ishlashda juda mushkul muammoga duch keladi. Olingan fototasrivrlar juda yomon sifatli bo‘lib, ulardan biror narsani anglash va ilg‘ash juda-juda qiyin edi.

Rozalinda Franklin (1920-1958)

Rozalinda bir-ikki muvaffaqiyatsiz urinishdan keyin, ilm-fan tarixida chuqur iz qoldirgan eng ajoyib g‘oyalardan birini amalga oshirdi. U o‘zi tekshirayotgan molekulada turli strukturalarning o‘zaro uyg‘un va aralashma holati mavjud bo‘lsa kerak degan fikrga keladi. Mazkur turlicha strukturalarning o‘zaro munosabati esa, qaralayotgan namuna DNK molekulasining namlik darajasiga bog‘liq ekani haqida ham taxminga keldi. U fotokamerani faqat muayyan namlik darajasiga moslab sozladi va ushbu namlik ko‘rsatkichini har galgi tasvir uchun o‘zgartirib bordi. Va haqiqatan ham u o‘zi avvaldan his etib turgan haqiqatga erishdi: bir namlik darajasida namuna DNK molekulasi rentgen nurlarini boshqacharoq tarqatardi, va boshqa bir namlik darajasida, rentgen nurlarining tarqalish manzarasi umuman boshqacha bo‘lib chiqardi. Bungacha kuzatilgan tushunib bo‘lmas manzara esa, aynan o‘sha, boshqa-boshqa tarqatish manzaralarining o‘zaro qo‘shilib ketishidan hosil bo‘luvchi aralash tasvir ekan. U DNK molekulasining ikkita mutlaqo har xil shaklini kuzatayotganini fahmlab qoldi. U nisbatan past namlik ko‘rsatkichida namoyon bo‘layotgan DNK molekulasi shaklini A-shakl va nisbatan yuqori namlik darajasida ko‘rinayotgan DNK molekulasi shaklini B-shakl deb shartli ravishda nomladi. Unda tabiiyki B-shakl DNK molekulasi nisbatan kattaroq qiziqish uyg‘otdi. Chunki hujayra yadrosidagi DNK molekulasi nisbatan baland namlik ko‘rsatkichi ostida — suvli muhitda bo‘ladi.

Jeyms Uotson (1928)

Frensis Krik (1916-2004)

Shundan keyin dramaning asosiy sahnalari o‘ynala boshladi. Rozalinda olgan natijalar va uning muhim qaydlari Uotson va Krikning qo‘liga tushib qoladi (aytish kerakki ular olimaning natijalarini etika nuqtai nazaridan anchayin nomaqbul vositalar orqali qo‘lga kiritishgan). Ular tarqatish manzarasinining rentgenogrammasini Rozalindadan mustaqil o‘rgana boshlaydilar. Aslida Rozalinda Franklin o‘zi boshlagan va o‘z mehnatlari evaziga erishgan ilmiy natijalarga «tayyorga ayyor« sheriklar kelib qo‘shilishini istamagan. Biroq u o‘zi olgan rentgenogrammalarni yanada chuqurroq tahlil qilishga va ular orqali DNK strukturasining tasvirini hosil qilishga bo‘lgan urinishlaridan aytarli naf chiqara olmay xunob bo‘lardi. Qanchalik yoqimsiz bo‘lmasin, Rozalinda o‘zi erishgan natijalarning birovning qo‘liga tushib qolishidan va ularning mohiyatini o‘zi emas, o‘sha «tayyorga ayyor«lar avvalroq anglab yetishidan himoyalana olmadi. Uotson va Krik DNK strukturasi rentgenogrammasining asosiy parametrlarining mohiyatini birinchi bo‘lib tushunib yetishdi.

Keyin esa ular yuqoridagi natijalar va rentgenogramma asosida DNK molekulasi modelini barpo qilishga kirishishdi. Bu haqida Uotson o‘zining «Qo‘shaloq spiral» kitobida yozishicha (albatta u faqat o‘z talqinini bayon qilgan), u DNK tarkibiga kiruvchi to‘rtta asoslardan juftliklar hosil qilishga e’tibor qaratgan emish. Rentgenogrammada ikkita tolalarning qo‘shaloq spiral hosil qilib shakllanishini bilgan holda Uotson ulardan juftliklar hosil qilishga urinadi va oxir-oqibatda buni uddalab, siz va bizga ilmiy-ommabop manbalar orqali yaxshi tanish bo‘lgan A-T va G-C komplimentar juftliklardan iborat o‘sha mashhur DNK modelini barpo qiladi. Bu Rozalinda tomonidan B-shakl deb nomlangan DNK molekula shaklining betakror va go‘zal modeli edi. Bu yerdagi barcha tirik mavjudotlarning barcha hujayralaridagi irsiy axborotini o‘zida saqlaydigan kimyoviy strukturaning aynan o‘zi edi.

Shu tarzda, biologiya va tibbiyot tarixidagi, balki umuman ilm-fan tarixidagi eng ajoyib kashfiyot amalga oshirildi. Shunisi hayratlanarliki, bu haqida e’lon qilingan ilk maqola ilmiy nashrlarda juda tez tarqab ketgan va masalan «Nature» jurnalida roppa-rosa bir sahifani to‘liq egallagan. Bunday muhim va buyuk kashfiyot uchun bu juda qisqa va nomunosib tavsif bo‘lgani aniq. Buyuk kashfiyotlar haqida batafsil va mukammal bayon qilish zarur…

1953-yilning 25-aprel sanasida dunyo yuzini ko‘rgan mazkur maqola orqali insoniyat va ilm-fan tarixida yangi davr — DNK erasi boshlanadi. U orqali biz barcha tirik oganizmlar hujayra yadrosida joylashadigan DNK molekulasidagi isriy axborot vositasida shakllanishini bilib oldik. Bu axborotni saqlovchi DNK spirali A, T, C va G harflari bilan belgilanuvchi tashkliy qismlarning qo‘shaloq spiralli ketma-ketligidan iborat bo‘lib, u 2 nm diametrga ega bo‘lgan, lekin uzunligi — zanjirdagi tashkliy qismlarning miqdoriga bog‘liq holda juda-juda uzun bo‘ladigan struktura hosil qilar ekan.

Masalan agar insonning biror hujayrasi DNK molekulasini olib, bir chiziq bo‘yicha yoyilsa, juda ingichka va uzunligi taxminan 2 metr keladigan spiral zanjir hosil bo‘ladi. Endilikda biz o‘zimizdagi avloddan-avlodag o‘tib kelayotgan irsiy axborotni saqlovchi asosiy manba bu — DNK spirali ekanini bilamiz va u bilan bog‘liq bilimlarimiz asosida, barcha bosqichlardagi organizmlar: mikroorganizmlarning ham, yuksak tuzilishli jonivorlarning ham va xatto insonning ham hayoti bilan bog‘liq jarayonlarga samarali foydali ta’sir ko‘rsata oladigan amaliyotlarga ega bo‘ldik.