Double helix revisited

Die Doppelhelix

In Cambridge gibt es eine besondere Sehenswürdigkeit für Biologen: Den „Eagle“, ein Pub in einer Seitenstrasse der King’s Parade. Auf den ersten Blick ein typisch englisches Pub mit Fish & Chips und allem was dazugehört: Bier (ohne Schaum, 473,18 ml) muss an der Bar geholt werden. An einem Abend im Jahr 1953 betraten zwei Männer dieses Pub und der Ältere erzählte jedem, der es hören wollte, dass die beiden gerade das Geheimnis des Lebens gelöst hätten – und das war nur ein klein wenig übertrieben.

Die Entdeckung der DNA-Struktur – das war es nämlich, was Francis Crick und James Watson vor bald 60 Jahren im Eagle verkündeten – war eine wissenschaftliche Zeitenwende und James Watsons Buch „The Double Helix“ ist eines der populärsten Wissenschaftsbücher des 20. Jahrhunderts. Die Älteren unter meinen  Lesern kennen die Geschichten und Kontroversen aus dieser Zeit wahrscheinlich, aber ich hoffe ja, auf diesen Seiten auch neue Freunde für die Naturwissenschaft zu gewinnen und  ich kann auch einen aktuellen Anlass vorweisen, um die Sache noch mal aufzuwärmen: 2013 jährt sich die Entdeckung der DNA-Struktur zum 60. Mal und Watsons Buch kam kürzlich in einer kommentierten Neuerscheinung heraus.

Wieso wurde “The Double Helix” ein Hit? Da ist erst einmal das Thema selbst – die Struktur der DNA, des Moleküls, das die Erbinformationen trägt. Man kannte Mendels Vererbungsregeln, man wusste, dass DNA die Erbinformation trägt; aber wie hängt die Biochemie mit Mendels Regeln zusammen? Wie werden Gene in der DNA kodiert und wie verdoppelt sich die DNA ohne Informationsverlust? Ein kniffliges Puzzle mit enormer Bedeutung für unser Verständnis des Lebens; und ein Wettrennen darum, wer das Rätsel als erster löst: Der etablierte Amerikaner Linus Pauling, hätten die Zeitgenossen wohl gewettet, aber Watsons und Crick haben am Ende aus einer Aussenseiter-Position heraus überholt.

Der zweite Erfolgsfaktor des Buches heisst James D. Watson. Der Leser sieht die Auflösung des größten biologischen Rätsels des 20. Jahrhunderts durch die Augen eines arroganten, unverschämt sexistischen, aber doch auch unverschämt ehrlichen 24-Jährigen Protagonisten; ein Protagonist, der seinen 10 Jahre älteren Kollegen Crick gleichermassen verspottet und bewundert, seine Vorgesetzten und das wissenschaftliche Establishment mit Hohn und Spott überschüttet und als besten Ort für feministische Forscherinnen die Labore der Konkurrenz ausmacht.

Anders als es auf dem Hinweisschild im „Eagle“ steht, haben Watson und Crick die DNA aber nicht „entdeckt“. Die Substanz selbst hatte Friedrich Miescher schon 1869 in seinem Labor in der Tübinger Schlossküche erstmals isoliert. Die DNA ist Träger der Erbinformation, auch das wussten Watson und Crick. Bringt man gereinigte DNA von einem Bakterium in ein anderes ein, so nimmt das Empfänger-Bakterium erbliche Eigenschaften des „Spenders“ an.

Watson und Crick kannten auch die chemischen Bausteine der DNA: Zuckerbausteine (Desoxyribosen), die über Phosphatbrücken verbunden sind, und vier verschiedene „heterozyklische Basen“ (Kohlenstoffringe mit Stickstoffanteilen): Adenin (A), Thymin (T), Guanin(G) und Cytosin (C ). Wie speichern die Zellen mit diesem Baukasten genetische Informationen, das war die große Frage. Des Rätsels Lösung steckt in der dreidimensionalen Struktur des DNA-Moleküls, der Anordnung der Bestandteile im Raum – das zumindest hofften Watson und Crick (Sicher war das nicht und die beiden hatten immer mal wieder Zweifel, ob die Struktur alleine irgend etwas Informatives über den genetischen Mechanismus aussagt).

Die beiden Forscher am Cavendish Laboratory in Cambridge wollten das Puzzle durch theoretische Modellierung lösen – also so lange auf dem Papier und mit Schablonen die chemischen Bausteine in immer anderen Anordnungen zusammensetzen, bis eine chemisch plausible, mit den Daten übereinstimmende Konfiguration herauskommt. Aber die experimentellen Daten kamen eben nicht aus dem Cavendish Laboratory in Cambridge, sondern aus London, wo Rosalind Franklin und Maurice Wilkins experimentell an der DNA-Struktur arbeiteten; Rosalind Franklin nahm dort qualitativ hochwertige Röntgenbeugungsbilder der DNA auf, und diese Aufnahmen waren am Ende der Schlüssel zum Erfolg. Watson und Crick benötigten also Franklins Daten, um ihre Modelle mit der Realität abzugleichen aber, um es vorsichtig zu sagen, sie fanden keinen rechten Draht zur Forscherin am Kings College in London. Watson bezeichnet ihm sympathische junge Frauen als „Popsies“, aber Franklin gehörte für ihn damals entschieden nicht zu dieser Kategorie.

Früh hatten sich Crick und Watson darauf verständigt, dass die wahrscheinlichste Form der DNA eine Helix wäre, also eine „Schraube“. Theoretisch-chemisch betrachtet, gab es dann aber immer noch viele Möglichkeiten, die Bestandteile der DNA anzuordnen: Einmal zeigten Watson und Crick, in Beisein ihres Chefs Sir Lawrence Bragg, den Londoner Biophysikern eines ihrer Modelle – eine aus drei Strängen ineinander verwundene Schraube. Es wurde eine Blamage, das Modell konnte niemals mit Franklins Daten übereinstimmen. Bragg verdonnerte Crick daraufhin dazu, sich mehr um sein eigentliches Dissertationsthema zu kümmern, das nichts mit der DNA-Struktur zu tun hatte.

Eines Tages kam eine Nachricht aus Amerika ins Cavendish Laboratory: Linus Pauling hatte ein Modell für die DNA-Sruktur veröffentlicht – war die Konkurrenz am Ende doch schneller? Aber schnell stellte sich heraus, dass der große Konkurrent einen Fehler gemacht hatte. Konnte man den großen Pauling also doch noch einholen?

Auf Umwegen, und ohne Rosalind Franklins Erlaubnis, bekommen die Forscher am Cavendish Laboratory  Zugang zu Franklins neuesten Röntgendaten; bis heute ist umstritten, wie genau das passierte, und vor allem wie es zu bewerten ist, dass in der bahnbrechenden Veröffentlichung der DNA-Struktur Franklins Arbeit unerwähnt bleibt.

Mit Hilfe der Daten aus London fanden Watson und Crick schliesslich den entscheidenden Kniff: Phosphate und Zucker bilden das Rückgrat einer Doppelhelix, die Basen stehen sich im Inneren der Helix gegenüber, verbunden durch Wasserstoffbrücken. Watson versuchte es dabei aber zuerst mit einem Modell, bei dem sich immer gleiche Basen gegenüberstehen (A-A, G-G, C-C, T-T). Das stimmte zwar viel besser mit den Röntgenaufnahmen überein als die bisherigen Versuche; aber da die Basen unterschiedliche Formen haben, müsste die Helix auch unregelmässiger sein, als es die Daten zeigten.

Und über allem schwebte Chargaffs seltsame Regel. Der Biochemiker Chargaff hatte herausgefunden, dass die vier Basen zwar prinzipiell in variablem Anteil vorkommen, aber eine Regel herrscht: Die Base A kommt immer in gleicher Anzahl vor wie T, und G gleich häufig wie C. Das DNA-Modell muss erklären, warum die Verhältnisse von A /T und G/C aneinander gekoppelt sind.

Die Lösung, die Watson und Crick fanden, ist heute als „Basenpaarungsregel“ in jedem Biobuch zu finden: Das Modell mit den Basen in der Mitte der Helix ist richtig, aber es stehen sich nicht die gleichen Basen gegenüber, sondern A verbindet sich über Wasserstoffbrücken mit T, und C mit G.

Dieses Modell passte perfekt auf Franklins Röntgendaten; und zum grossen Erstaunen der Genetiker in aller Welt erschliesst sich sofort biologischer Sinn aus der Struktur. Die Abfolge der vier Basen entlang eines Strangs der Doppelhelix enthält die Geninformation. Durch die eindeutige Basenpaarungsregel gibt es für die genetische Information auf einem Strang ein Gegenstück mit den komplementären Basen auf dem anderen Strang – das ist die Grundlage für den Kopiervorgang der DNA.

James Watson, Francis Crick und Maurice Wilkins bekamen für diese Leistung 1962 den Nobelpreis, Rosalind Franklin war da schon verstorben (mit 37 Jahren) und ihr Anteil an der Entdeckung blieb lange vernachlässigt. Watson selbst hat wohl etwas Reue gepackt, im Nachwort nimmt er Einiges, was er zuvor über „Rosy“ geschrieben hat, zurück. Er würdigt Franklins Leistung als Wissenschaftlerin und erwähnt auch die Hartnäckigkeit, mit der sie sich in der Männer-dominierten britischen Wissenschaftsszene der 50er Jahre durchsetzte. Bei Lawrence Braggs („Nothing gave Sir Lawrence more pleasure than showing his ingenious motion-picture film of how bubbles bump each other“) entschuldigt er sich nicht, aber er lässt ihn immerhin das Vorwort schreiben.

James Watson hat kürzlich erzählt, dass diverse Figuren des Dramas, auch Francis Crick, nach Lektüre des Manuskripts derart erbost waren, dass das Buch beinahe nie erschienen wäre. Verschiedene Seiten drohten mit Klagen und Harvard University Press, wo das Buch eigentlich schon zur Publikation angenommen war, machte einen Rückzieher. Erst die Intervention von Sir Lawrence Braggs Frau hat den Weg zur Veröffentlichung freigemacht – ihr hatte das Manuskript trotz der Sticheleien gegen ihren Mann gut gefallen.

„The book presents a distorted and unfavourable image of scientists” urteilte Ko-Nobelpreisträger Maurice Wilkins. Und auch heute noch würden viele Watsons Haudrauf-Ansatz der Wissenschaftskommunikation wahrscheinlich für kontraproduktiv halten, hätte er nicht so großen Erfolg damit gehabt. Wer die besondere Stellung der Wissenschaft in der neutralen, reinen Erkenntnis sehen will, die unabhängig von den handelnden Menschen in aller Schönheit und Wahrheit dasteht, muss sich von Watsons Buch eines Besseren belehren lassen. Doktoranden, die sich davor drücken, die ihnen aufgetragene Arbeit zu machen; renommierte Laborleiter, die als Knalltüten dastehen; Forscher, die sich von extracurricularen Vergnügungen ablenken lassen und auch mal dumme Fehler machen – so stellen sich wenige Steuerzahler den idealen Spitzenwissenschaftler vor.

Aber gerade darum ist das Buch so gut: Spannend sind nun einmal nicht Fakten, sondern Menschen und Geschichten. Und zur Forschung gehören nicht nur Ergebnisse, sondern auch der Prozess, wie sie gewonnen werden. Dass wir erfahren, wie nobelpreisverdächtige Genies nicht nur der Struktur der DNA, sondern genauso intensiv ihren Popsies hinterherjagen, macht sie vielleicht nicht sympathischer, dafür aber umso lesenswerter.