Das zentrale Dogma

Die DNA ist die Partitur, die Proteine sind die Aufführung — und gespielt wird nur in eine Richtung: Aus dem Protein führt kein Weg in die Sequenz zurück.

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Zentrales Dogma der Molekularbiologie — so nannte Francis Crick 1957, vier Jahre nach seiner Arbeit an der Struktur der DNA, mit einiger Absicht zur Provokation den Satz: Die DNA wird in RNA umgeschrieben, die RNA in Protein übersetzt, und zurück fließt keine Information vom Protein in die Nukleinsäure. Der genetische Code kennt nur eine Richtung. Später räumte Crick ein, das Wort verfehlt zu haben: Ihm schwebte eine große, alles ordnende Idee vor, doch ein Dogma ist genau besehen etwas, das man ohne Beweis festhält — das Gegenteil dessen, was er im Sinn hatte. Hängen blieb der Name trotzdem, und mit ihm der Rahmen: Die Vererbung hatte erstmals eine Richtung und einen Mechanismus, nicht bloß ein Muster. Annähernd richtig war das Dogma, mit gewichtigen Ausnahmen — und trägt seither als Skelett der Molekularbiologie.

Kaum etwas an der biologischen Evolution ist erstaunlicher als dieser Apparat. Die DNA hält die Erbinformation in einer Doppelhelix aus vier Basen fest. Von ihr schreibt die RNA-Polymerase die RNA ab, genauer die Boten-RNA, die als Einzelstrang den Zellkern verlässt. Ribosomen lesen sie in Dreiergruppen, den Codons, deren jede für eine Aminosäure steht, und knüpfen daraus in der vorgegebenen Reihenfolge Proteine, die arbeitenden Moleküle der Zelle. Zugrunde liegt ein Code: Von den 64 möglichen Dreierkombinationen zeigt jede auf eine von zwanzig Aminosäuren oder auf ein Stoppsignal. Dieses Wörterbuch ist redundant — mehrere Codons je Aminosäure — und quer durch alles Leben nahezu universell; ein Bakterium kann ein menschliches Gen lesen. Ein Stück davon hatte Crick vorausgesagt, ehe es gefunden war: ein Adaptermolekül, das am einen Ende ein Codon erkennt und am anderen die zugehörige Aminosäure hält — denn einem Nukleinsäure-Triplett sieht keine Aminosäure irgendwie ähnlich. Es war die Transfer-RNA. Cricks sorgfältig gefasste Behauptung galt immer der Information, nie den Molekülen: RNA→DNA ließ er zu, die Umwege, die Zellen tatsächlich gehen, hat er nie ausgeschlossen; verboten war ihm allein der Rückweg aus dem Protein heraus in die Sequenz, und der ist bis heute versperrt. Die Abweichungen vom glatten Einbahnverkehr kennt man inzwischen genau: Retroviren, HIV eingeschlossen, schreiben RNA in DNA zurück (David Baltimore und Howard Temin, 1970, Nobelpreis 1975); Prionen pflanzen sich allein über Formänderungen von Protein zu Protein fort, ohne jede Nukleinsäure; die Epigenetik vererbt Merkmale über DNA-Methylierung und Histonmodifikation weiter, ohne die Sequenz anzurühren. Unter jedem molekularbiologischen Durchbruch des zwanzigsten und einundzwanzigsten Jahrhunderts liegt dieser Rahmen: Genklonierung, Polymerase-Kettenreaktion, rekombinante DNA, Humangenomprojekt, RNA-Interferenz, CRISPR-Cas9, die mRNA-Impfstoffe, zuletzt die Vorhersage von Proteinstrukturen (AlphaFold).

Warum jetztDie mRNA-Impfstoffe von Pfizer-BioNTech und Moderna — vielleicht die folgenreichste Medizintechnik der 2020er Jahre — arbeiten so: Sie bringen RNA unmittelbar in die Zellen und überlassen es der zelleigenen Proteinsynthese, daraus das Antigen zu bauen. Jahrzehnte Forschung am zentralen Dogma haben das möglich gemacht; heute erprobt man dasselbe Prinzip in der Krebsimmuntherapie, bei seltenen Erkrankungen und gegen weitere Infektionskrankheiten. CRISPR setzt direkt an der DNA an, die Gentherapie schleust neue DNA in die Zellen von Kranken, AlphaFold sagt voraus, welche Proteinfaltung eine Sequenz hervorbringt. Je genauer die Biologie hinsieht, desto weicher werden die Ränder des Dogmas: Der größte Teil des Genoms wird in nicht kodierende RNA umgeschrieben, die reguliert statt zu kodieren, und die RNA-Welt-Hypothese hält dafür, dass die RNA Information speicherte und Chemie trieb, ehe DNA und Protein die Arbeit unter sich aufteilten. Eine Beschreibung dessen, wie Zellen arbeiten, ist das Dogma längst nicht mehr allein — es ist auch eine Programmiersprache, die wir schreiben lernen.