Das zentrale Dogma

Im Jahr 1957, vier Jahre nach seiner 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. Crick gestand später ein, das Wort missbraucht zu haben — er meinte eine große, umfassende Idee, doch „Dogma“ benennt eigentlich etwas ohne Beweis Festgehaltenes, das Gegenteil seiner Absicht. Der Name blieb dennoch hängen, und ebenso der Rahmen: zum ersten Mal hatte die Vererbung eine Richtung und einen Mechanismus statt bloß ein Muster. 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 Übersetzung läuft über einen Code: jedes der 64 möglichen Drei-Buchstaben-Codons steht für eine von zwanzig Aminosäuren oder für ein Stoppsignal — ein Wörterbuch, das redundant ist (mehrere Codons je Aminosäure) und nahezu universal über alles Leben hinweg: ein Bakterium kann ein menschliches Gen lesen. Crick hatte das fehlende Stück vorhergesagt, ehe man es fand: ein Adaptor-Molekül, das an einem Ende ein Codon erkennt und am anderen die passende Aminosäure trägt, da ein Nukleinsäure-Triplett einer Aminosäure physikalisch in nichts gleicht. Dieser Adaptor erwies sich als die Transfer-RNA. Seine sorgfältige Behauptung galt stets der Information, nicht den Molekülen — er ließ RNA→DNA zu und schloss die Umwege, die Zellen tatsächlich nehmen, nie aus; was er verbot, war ein Informationsfluss zurück aus dem Protein in die Sequenz, und dieses Verbot steht bis heute. Die Ausnahmen vom einfachen 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).