Im Jahr 1957, drei Jahre nach seiner mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Arbeit zur Struktur der DNA, schlug Francis Crick vor, was er provokativ das Zentrale Dogma der Molekularbiologie nannte: DNA wird in RNA transkribiert, und RNA wird in Protein übersetzt, und Information fließt nicht zurück vom Protein zur Nukleinsäure. Der genetische Code geht in eine Richtung. Das Dogma erwies sich als annähernd wahr, mit wichtigen Ausnahmen, und bleibt nahezu siebzig Jahre später das organisierende Skelett der Molekularbiologie.
Der Mechanismus ist eines der großen Wunder der biologischen Evolution. DNA speichert die Erbinformation in einer doppelhelikalen Folge aus vier Basen. RNA (genauer: messenger-RNA) wird von der RNA-Polymerase an der DNA transkribiert und trägt eine einzelsträngige Kopie aus dem Zellkern hinaus. Ribosomen lesen die mRNA in Drei-Buchstaben-Codons (jedes steht für eine Aminosäure) und bauen Proteine — die arbeitenden Moleküle der Zelle — zusammen, indem sie Aminosäuren in der vorgegebenen Reihenfolge aneinanderreihen. Die Ausnahmen vom Einbahnstrom sind heute gut beschrieben: Retroviren (HIV eingeschlossen) schreiben RNA in DNA zurück (David Baltimore und Howard Temin, 1970, Nobelpreis 1975); Prionen breiten sich durch Protein-zu-Protein-Konformationswechsel aus, ohne dass Nukleinsäuren beteiligt wären; die Epigenetik erlaubt vererbbare phänotypische Veränderungen durch DNA-Methylierung und Histonmodifikation, ohne die Sequenz selbst anzutasten. Das zentrale Dogma lag jedem molekularbiologischen Durchbruch des zwanzigsten und einundzwanzigsten Jahrhunderts zugrunde: der Genklonierung, der Polymerase-Kettenreaktion, der rekombinanten DNA, dem Humangenomprojekt, der RNA-Interferenz, CRISPR-Cas9, den mRNA-Impfstoffen und der jüngsten Revolution in der Vorhersage von Proteinstrukturen (AlphaFold).
mRNA-Impfstoffe (Pfizer-BioNTech, Moderna) — vielleicht die wichtigste medizinische Technologie der 2020er Jahre — wirken, indem sie RNA unmittelbar in die Zelle schleusen und die zelleigene Proteinsynthese-Maschinerie das Antigen herstellen lassen. Möglich wurde sie durch Jahrzehnte zentral-dogmatischer Forschung; heute wird sie auf die Krebs-Immuntherapie, seltene Erkrankungen und weitere Infektionskrankheiten ausgedehnt. CRISPR schneidet in der DNA selbst; die Gentherapie schleust neue DNA in die Zellen von Patienten; AlphaFold sagt die Proteinkonformation voraus, die eine DNA-Sequenz hervorbringt. Das Dogma beschreibt nicht mehr bloß, wie Zellen arbeiten — es ist auch eine Programmiersprache, die wir zu schreiben lernen.