Helix, Wendeltreppe oder Schlange: Vor fünfzig Jahren entdeckten Watson und Crick die DNA

Die Entschlüsselung des menschlichen Erbguts, Vaterschaftstests, das Verständnis von vielen Erkrankungen wie Krebs – all dies wäre ohne den Geniestreich von James Watson und Francis Crick nicht möglich gewesen. Beide forschten zu Beginn der fünfziger Jahre am Cavendish-Laboratorium in Cambridge eigentlich an Bakterienviren und dem Aufbau von Eiweißmolekülen. Das Tüfteln an der Struktur der Desoxyribonukleinsäure (DNA) war ihr professionelles Hobby: Sie ließen sich Modelle der Bausteine der DNA basteln – darunter Zucker, Basen und Phosphatmoleküle – und versuchten daraus ein nach allen Regeln der Chemie stabiles Molekül zu bauen.

Einige Hinweise gaben ihnen die Arbeiten von Maurice Wilkins und Rosalind Franklin am Kings College in London. Die beiden Biophysiker hatten Bilder der DNA mit Röntgenstrahlen geschossen. Watson und Crick studierten die Aufnahmen mit einem regelmäßigen Muster von schwarzen Punkten eifrig – allerdings ohne das Wissen von Franklin. Daraus ging hervor, dass die DNA ein regelmäßig aufgebautes Molekül sein muss.

Nach mehreren Fehlschlägen gelang dem Forscherduo schließlich der Entwurf einer überzeugenden Struktur: Sie ließen zwei Stränge von Zuckermolekülen einander wie Ranken umschlingen und bauten dazwischen aus je zwei Basen Stufen wie in einer Wendeltreppe. Die beiden Basen waren fest mit den Zuckersträngen verbunden, zogen sich gegenseitig aber nur über molekulare Kräfte an – vergleichbar einem Reißverschluss, dessen Zacken den Basen entsprechen.

Der Clou der Struktur lag in der Anordnung der Basen, wie Watson und Crick sofort erkannten. Die DNA besitzt die vier Basen Guanin, Cytosin, Adenin und Thymin. Dabei standen sich in einer Stufe jeweils nur entweder Guanin und Cytosin oder Adenin und Thymin gegenüber. Die beiden Zuckerstränge mit den angehängten Basen verhalten sich damit wie Originalbild und Negativ. Kannte man die Struktur eines Stranges, konnte man den anderen daraus ableiten. Über diesen Mechanismus lasse sich das Erbmolekül vervielfältigen, hielten die Jungforscher bereits in der Veröffentlichung im Fachmagazin “Nature” von 1953 fest. Diese Vervielfältigung des Erbgutes ist die Grundlage für Fortpflanzung und Evolution.

Die Jahrhundert-Erkenntnis sorgte 1953 aber für wenig Aufsehen. Nur eine einzige britische Zeitung, der “News Chronicle”, berichtete über die Arbeit. Den Wissenschaftshistoriker Robert Olby wundert das nicht. Damals habe noch nicht einmal als gesichert gegolten, dass die DNA das Erbmolekül ist und somit für die Übertragung von Eigenschaften bei der Fortpflanzung sorgt, schreibt er in einem Themenschwerpunkt zum 50. Geburtstag der DNA-Struktur in “Nature”. Zudem konnten Watson und Crick kaum experimentelle Belege für die Struktur vorlegen.

Diese fanden sie und andere Forscher erst in den Jahren nach der Veröffentlichung. Dabei lernten sie, dass die Abfolge der Basen am DNA-Strang der Code des Lebens ist, in dem die Baupläne für Zelleiweiße und letztlich für den Aufbau eines ganzen Organismus geschrieben stehen. Diese Buchstaben im Buch des Lebens lernten die Forscher Ende der fünfziger Jahre lesen. 1962 erhielten Watson, Crick und Wilkins den Nobelpreis für Medizin. Franklin war vier Jahre zuvor an Eierstockkrebs gestorben.

Bei all den Folgen der DNA-Struktur für Forschung und Gesellschaft wie dem Verständnis unserer Abstammung, Gentests und der Produktion von Medikamenten, wird oft vergessen, dass das DNA-Molekül selbst immer noch viele Geheimnisse birgt. So verstehen Forscher nicht im Detail, wie das äußerst lange DNA-Molekül das Geschehen in einer Zelle steuern kann. Denn das DNA-Molekül ist in der Zelle stark verknäuelt und zusammengequetscht – immerhin müssen in einen menschlichen Körper DNA-Stränge passen, die aneinandergereiht von der Erde zu Sonne reichen würden. “Das Buch des Lebens ist verschlossen, versiegelt und verstaut”, schreibt Nature-Redakteur Philip Ball. Wie Zellen dennoch darin lesen, ist Forschern ein Rätsel.