1933 r. – Thomas H. Morgan „za odkrycia dotyczące roli chromosomu w dziedziczeniu”

Thomas H. Morgan zajmował się badaniem sposobu dziedziczenia cech u muszek owocówek. Model ten jest niezwykle korzystny z punktu widzenia genetyki, ponieważ mają one krótki cykl życiowy oraz szybko się rozmnażają, a ich hodowla jest bardzo tania.

Uważa się, że Morgan rozpoczął nową erę w dziedzinie genetyki. Jego prace potwierdziły, że materiał genetyczny znajduje się w chromosomach, które z kolei znajdują się w jądrze komórkowym. Naukowiec nie znał struktury DNA, jak również sposobu zapisu informacji genetycznej. Prace tego noblisty w dużej mierze miały charakter statystyczny. Otrzymane wyniki pozwoliły mu jednak zrozumieć, że geny uporządkowane są w długim łańcuchu wewnątrz chromosomów. Cechy ze sobą sprzężone zajmują w nim miejsca blisko siebie.

Morgan odkrył również zjawisko „crossover”. Polega ono na wymianie fragmentów chromatyd między chromosomami homologicznymi. Proces ten jest niezwykle ważny dla rekombinacji warunkującej różnorodność genetyczną.

1958 r. – Edward Lawrie Tatum oraz George Wells Beadle „za odkrycie, że geny działają poprzez regulowanie określonych wydarzeń chemicznych”

Prace Edwarda Lawrie Tatum oraz Georga Wells Beadle dotyczyły tego, w jaki sposób informacja genetyczna znajdująca się w DNA kontroluje procesy zachodzące w komórce. Naukowcy w trakcie badań wystawiali próbki pleśni na działanie promieniowania rentgenowskiego. W ten sposób wywoływali sztucznie mutacje w materiale genetycznym tych grzybów. W późniejszym etapie prac badaczom udało się udowodnić, że takie zmiany w DNA doprowadzają do wyraźnych różnic w syntezie enzymów przez komórki.

Beadle i Tatum udowodnili, że nasze DNA kontroluje syntezę substancji odpowiedzialnych za przeprowadzanie reakcji chemicznych. W ten sposób sterują naszymi komórkami, a ostatecznie organizmami. Wykazali równocześnie, że każdy enzym odpowiada określonemu genowi.

1958 r. – Joshua Lederberg „za odkrycia dotyczące rekombinacji genetycznej i organizacji materiału genetycznego bakterii”

Joshua Lederberg wykazał w badaniach, że bakterie są zdolne do rekombinacji genetycznej podobnej do tej, która jest obserwowana w wyniku rozmnażania płciowego u bardziej złożonych organizmów. Wcześniej naukowcy sądzili, że ponieważ rozmnażają się one przez podział, organizmy potomne mają zasadniczo ten sam materiał genetyczny. Za jedyny proces warunkujący różnorodność uważano mutacje.

Lederberg udowodnił, że bakterie są w stanie przejść w fazę, w której są zdolne do wymiany DNA pomiędzy sobą. W tym celu tworzą specjalne połączenia przypominające mostek. Kolejnym jego odkryciem było zjawisko transdukcji. Polega ono na przenoszeniu fragmentów informacji genetycznej, między bakteriami, przez bakteriofagi. Proces ten jest niezwykle ważny dla współczesnej biotechnologii, która wykorzystuje wirusy jako wektory.

1959 r. – Arthur Kornberg oraz Severo Ochoa „za odkrycie mechanizmów biologicznej syntezy kwasów rybonukleinowych i kwasów deoksyrybonukleinowych”

Severo Ochoa odkrył procesy istotne dla syntezy DNA oraz RNA. Opisał również enzymy kontrolujące te procesy. W pracach bazował na komórkach bakteryjnych. Arthur Kornberg zajmował się również, niezależnie, tym samym tematem. Naukowiec, badając bakterie, wyizolował polimerazę DNA, czyli aktywny enzym w procesie jego syntezy. Białko to wykorzystuje jedną nić podwójnej helisy jako plan, budując z nukleotydów jej kopię.

1962 r. – James Dewey Watson, Maurice Hugh Frederick Wilkins oraz Francis Harry Compton Crick „za odkrycie dotyczące struktury molekularnej kwasów nukleinowych i jej znaczenia w przekazywaniu informacji w substancjach ożywionych”

Francis Crick i James Watson ustalili w 1953 roku strukturę cząsteczki DNA. To odkrycie jest chyba najczęściej opisywanym w podręcznikach szkolnych przełomem w genetyce. Naukowcy ustalili, że struktura ta zawiera długi rząd czterech różnych, powtarzających się zasad azotowych. Za pomocą ich sekwencji zapisana jest informacja genetyczna przy pomocy kodu genetycznego. Odkryli również, że cząsteczka przyjmuje kształt podwójnej helisy.

We wcześniejszych latach Maurice Wilkins i Rosalind Franklin pracowali nad określeniem struktury cząsteczki DNA. Mimo że nie udało im się jej określić, ich wyniki były decydujące dla ostatecznego rozwiązania tej tajemnicy przez Francisa Cricka i Jamesa Watsona. Szczególne znaczenie miały obrazy dyfrakcji rentgenowskiej wykonane przez Franklin. Niestety w 1958 roku badaczka zmarła w wieku 37 lat. Jej śmierć nastąpiła w wyniku nowotworu związanego z wystawieniem jej organizmu na promieniowanie podczas pracy naukowej. Z tego względu nie została uhonorowana Nagrodą Nobla, która nie jest przyznawana pośmiertnie.

Obraz dyfrakcji rentgenowskiej DNA (nX-ray diffraction image of the double helix structure of the DNA molecule, taken 1952 by Raymond Gosling, commonly referred to as „Photo 51”, during work by Rosalind Franklin on the structure of DNA)

1968 r. – Robert W. Holley, Har Gobind Khorana i Marshall W. Nirenberg „za interpretację kodu genetycznego i znaczenia w procesie syntezy białek”

Wcześniej przytoczone badania wyjaśniły to, że nośnikami informacji genetycznej są cząsteczki DNA oraz RNA, a na ich podstawie syntezowane są białka. Doprowadziły również do odkrycia, że jedna sekwencja trzech nukleotydów odpowiada konkretnemu aminokwasowi w strukturze białka. Jednak kod genetyczny nie został jeszcze „złamany”. To, w jaki sposób zapis DNA jest przekładany na białka, pozostawało tajemnicą.

Marshall Nirenberg i Heinrich Matthaei próbowali rozwikłać tę zagadkę. W tym celu stworzyli długie łańcuchy RNA składające się z pojedynczego nukleotydu. Na ich podstawie w komórce powstały długie łańcuchy składające się z jednego, powtarzającego się aminokwasu. Był to wielki krok do rozwikłania kodu genetycznego. 

Har Gobind Khorana rozwinął prace powyżej wspomnianych naukowców. Budował różne łańcuchy RNA, wykorzystując odpowiednie enzymy. Otrzymywał w ten sposób różnorakie białka. Ich sekwencje aminokwasowe pozwoliły rozwiązać badaczowi zagadkę kodu genetycznego.

Robert Holley został natomiast nagrodzony Noblem za wyizolowanie tRNA oraz określenie jego struktury. Cząsteczka ta jest odpowiedzialna za ustawianie aminokwasów w łańcuchu, zgodnie z informacją genetyczną.

Ciąg dalszy nastąpi

Przytoczone odkrycia stanowią podwaliny genetyki oraz tego, w jaki sposób obecnie rozumiemy procesy sterujące komórką. W późniejszych latach wielu wybitnych naukowców otrzymało Nagrodę Nobla za odkrycia dotyczące tego, jak geny sterują życiem. Historia rozwoju genetyki wciąż trwa. Być może za 50 lat będziemy z całkiem innej perspektywy myśleć o zagadnieniach dotyczących dziedziczenia oraz ekspresji genów. To nie koniec. To dopiero początek!