המאמר שהגדיר מחדש את הגנטיקה

היום לפני 63 שנה פורסם בכתב העת היוקרתי Nature אחד המאמרים המיתולוגיים ביותר בתולדות המדע המודרני בכלל ומדעי החיים בפרט. במאמרם פורץ הדרך של ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק, בכותרת A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid (מבנה בעבור חומצת גרעין דאוקסיריבוזית), הציגו החוקרים את המודל שלהם למבנה מולקולת ה-DNA. מודל זה התגלה כנכון ומדויק ומשרת נאמנה את קהילת הביולוגיה כבר יותר משישה עשורים. מאמר קצרצר זה, עמוד אחד בלבד, הכולל איור אחד – תרשים של מודל ה-DNA שאשתו של קריק שרטטה ביד – הוא תוצר של מירוץ מחקר בין-יבשתי וסיכום של מאמץ אינטלקטואלי אדיר, וגם תככים הגובלים בהפרה של קודים אתיים מדעיים. בסיפור שמאחורי המאמר משולבים שאפתנות חסרת שובע, קנאת מדענים, שוביניזם קיצוני, הרדיפות הפוליטיות בארצות הברית של שנות החמישים ואפילו קמצוץ של אנטישמיות. המאמר הזה מייצג את כל מה שיפה – ומכוער – במדע.

סולם מפותל
על פי המודל שהציגו ווטסון (Watson) וקריק (Crick), למולקולת ה-DNA שלושה רכיבים: מולקולת סוכר (דאוקסיריבוז), יוני זרחה (פוספטים), ואחד מארבעה סוגים של בסיסים נוקלאוטידיים: שני פורינים (purins), אדנין וגואנין, ושני פירימידינים (pyrimidins), תימין וציטוזין. על פי המודל של ווטסון וקריק, ה-DNA הוא מעין סולם לולייני המורכב משני גדילים. המוטות החיצוניים של הסולם מורכבים מיחידות חוזרות של סוכר וזרחה, וה"שלבים" הם הבסיסים הנוקלאוטידיים, המתחברים זה לזה בסדר קבוע וקשיח: אדנין תמיד מתחבר לתימין וגואנין תמיד מתחבר לציטוזין. שני ה"מוטות" מתעקלים סביב צירם, ובכל עשרה זוגות של בסיסים משלים הסולם סיבוב של 360 מעלות.

המודל של ווטסון וקריק הוכח באלפי מחקרים. בהתחשב במהירות העצומה שהמדע מתקדם בה, מודל המחזיק מעמד ללא עוררין במשך יותר מ-60 שנה הוא מרשים ביותר. המודל עזר להבין כיצד ה-DNA מקודד מידע, כיצד הוא משוכפל וגם כיצד אפשר לשנות את הרצף הגנטי במניפולציות שונות. היישומים של המודל רבים מאוד: בתחומי ההנדסה הגנטית, חקר מחלות וריפוין, קביעת הרצף של הגנום האנושי, מחקר גנטי, וכיום גם בתחום העולה של ריפוי גֶני. זהו בלי ספק אחד ההישגים הגדולים של המדע במאה ה-20 ואף לאורך כל תולדותיו. כפי שנראה, ווטסון וקריק ליקטו למעשה רעיונות שהציגו חוקרים אחרים, והמודל שלהם הוא סינתזה של רעיונות אלה. כפי שנראה, כמה מרעיונות אלו הגיעו אליהם בדרכים שלא תמיד היו כשרות.

תגלית גאונית. פרנסיס קריק. למעלה: ג'יימס ווטסון | צילומים: ויקיפדיה 

תחרות עזה
הסיפור מתחיל ב-1951, בשני מדענים שחלקו חדר במעבדת קוונדיש המפורסמת בקיימברידג': ווטסון, הביולוג הצעיר והמבריק שהיה רק בן 23, וקריק, מומחה הגבישים שהיה מבוגר ממנו ב-12 שנים. השניים התעניינו במבנה מולקולת ה-DNA. באותם ימים נושא זה לא היה פופולרי, שכן במוקד ההתעניינות של חוקרים נמצאו החלבונים. עד תחילת שנות החמישים, הקונסנזוס בקרב הביולוגים היה כי החלבונים הם שמעבירים את המידע התורשתי. כאשר החלו להצטבר עדויות כי החומר התורשתי הוא מולקולת ה-DNA, ניסו ווטסון וקריק לפענח את מבנה המולקולה, כדי להבין כיצד היא מסוגלת להעביר מידע מדור לדור.

הם ממש לא היו היחידים. חוקרים בשני מוסדות מתחרים שאפו אף הם לפענח את המבנה. המתחרים הראשונים היו הכימאי הדגול לינוס פאולינג (Pauling), שפעל בקליפורניה ואשר זכה לימים בשני פרסי נובל (ב-1954 בכימיה וב-1962 לשלום) ועמית המחקר שלו רוברט קורי (Corey). למעבדת קוונדיש היה "חשבון" עם פאולינג, משום שהוא "גנב" למעבדה תגלית בדבר מבנה מסוים של חלבונים. פאולינג וקורי סברו כי ה-DNA בנוי משלושה גדילים, ולא שניים. בשל עמדותיו הפוליטיות, ובעיקר התנגדותו לנשק גרעיני, היה פאולינג מנפגעי הרדיפה הפוליטית שהנהיג הסנטור ג'ו מקארתי במסגרת מלחמתו חסרת הפשרות בקומוניזם. פאולינג לא קיבל דרכון ולא היה באפשרותו להשתתף בכנסים מדעיים מחוץ לארצות הברית. יש הטוענים כי אילולא הצרו השלטונות את צעדיו, היה יכול לגלות את מבנה הסליל הכפול לפני ווטסון וקריק. הם עצמם ידעו כי מהר מאוד יבין פאולינג שהמודל שלו שגוי.

המתחרים העיקריים של ווטסון וקריק נמצאו דווקא על אדמת אנגליה, בקינגס קולג' שבלונדון, שם עבדו חוקר הגבישים מוריס וילקינס (Wilkins) וחוקרת יהודייה צעירה ונמרצת, רוזלינד פרנקלין (Franklin). היחסים בין השניים היו עכורים מאוד. וילקינס סבר שהוא הבוס של פרנקלין, בעוד שפרנקלין ראתה עצמה כחוקרת עצמאית. העובדה שהייתה אשה – ועוד יהודייה – לא סייעה למעמדה המדעי. פרנקלין, מומחית הגבישים, הגיעה לשלושה גילויים חשובים מאוד על מבנה ה-DNA: העובדה שמולקולות הזרחה נמצאות בצדה החיצוני של המולקולה (היא הרצתה על כך בסמינר בקינגס קולג' ב-1951, סמינר שווטסון נכח בו), הבחנות לגבי המבנה הסימטרי של המולקולה ותצלום הפיזור של קרני רנטגן מגביש של המולקולה, שצילמה במאי 1952. סביבת העבודה העוינת של פרנקלין דחפה אותה למעשה לוותר על חקר ה-DNA בתחילת 1953. היא כתבה מאמר בנושא ועברה להתמקד בתחומי מחקר אחרים. את רוב הנתונים שאספה על DNA מסרה לעמיתה השנוא וילקינס, ובכלל זה התצלום, שזכה לכינוי "תצלום 51".

המודל של ווטסון וקריק במוזיאון הלאומי בלונדון | צילום מתוך ויקיפדיה

דרכים עקלקלות
פרנקלין לא תקשרה היטב עם ווטסון כשבא לביקור בקינגס קולג', לכן הוא שוחח בעיקר עם וילקינס. לווטסון ציפתה הפתעה כשווילקינס הציג לו בלי הסכמתה וידיעתה של פרנקלין את "תצלום 51". כאשר ראה ווטסון ההמום את התצלום, הבין שמבנה ה-DNA חייב להיות סליל כפול. נוסף על כך, הודלף לקריק דו"ח שחיברה פרנקלין על התקדמותה בעבור קרן מחקר שמימנה את המלגה שלה. דו"ח זה אִפשר לווטסון להבין כי שני הגדילים מסודרים בכיוונים מנוגדים. פרנקלין מתה מסרטן ב-1958, ולא ידעה על הדלפות הנתונים שלה.

ווטסון וקריק היו מדענים תיאורטיקאים, ולא עסקו בניסויים. במשך חודש מרץ 1953 עסקו בדיונים נמרצים על מבנה המולקולה, ובסופו של דבר בנו מודל חדש שלה, ששילב למעשה רעיונות שגילו הניסיונאים: התובנות של פאולינג, נתוניה המודלפים של פרנקלין והתגלית של ארווין שרגף (Chargaff ) כי היחסים הכמותיים בין אדנין לתימין ובין גואנין לציטוזין הם תמיד 1:1 (תגלית שלא נראתה חשובה בשעתה). הם פיתחו את המודל באמצעות בניית דגם של המולקולה מגזרי קרטון פשוטים שייצגו את אבני הבניין שלה.

באותו גיליון של Nature התפרסמו בזה אחר זה שלושה מאמרים. הראשון הוא המאמר המפורסם של ווטסון וקריק. את השני פרסם וילקינס ואת השלישי פרסמה פרנקלין. הפרסום המשולש היה תוצאה של התחרות העזה בין החוקרים, ששלחו בו-זמנית את המאמרים העוסקים באותו נושא. ווטסון וקריק מסיימים את מאמרם ההיסטורי בדברי תודה: "שאבנו תמיכה ועידוד מן הידיעה על הממצאים שלא פורסמו ועל רעיונותיהם של ד"ר וילקינס, ד"ר פרנקלין ועוזריהם בקינגס קולג', לונדון". לימים הודה ווטסון באוטוביוגרפיה שכתב (בגיל 40 בלבד!) כי ראה את התצלום, אשר תרם רבות ליצירת המודל. למרות זאת, תרומתה של פרנקלין לא זכתה להכרה הראויה בזמן אמת. היא נפטרה כאמור בטרם עת, ופרס נובל על הגילוי הוענק ב-1962, ארבע שנים לאחר מותה, לווטסון, לקריק ולמוריס וילקינס (הפרס אינו מוענק לאחר המוות).

למרות האתיקה המדעית הפגומה (בלשון המעטה) של ווטסון וקריק, ואף שאמרנו לעיל כי הם "בסך הכול" השתמשו ברעיונות של חוקרים אחרים ויש מי שעלול לחשוב אותם לנוכלים, אין להמעיט בחשיבותה העצומה של התגלית שלהם – ובגאונותם. לפרנקלין היו כל הנתונים, אך היא לא עשתה בזמנו את החיבור ביניהם. וכך גם החוקרים האחרים. ווטסון וקריק נעזרו בעבודתה בלי הסכמתה, אך לא גנבו ממנה את הרעיון למודל. היו אלה הדמיון, התעוזה והחזון, וגם החוצפה, הדורסנות והמרפקנות של השניים, שהביאו אותם אל התשובה.