In 2024 vieren de Heinekenprijzen, de grootste internationale wetenschapsprijzen van Nederland, hun 60-jarige jubileum. Ter ere van dit jubileum duiken we in de geschiedenis van de prijs waar het mee begon: de Dr. H.P. Heinekenprijs voor de Biochemie en Biofysica.
De namen van de Amerikaanse moleculair bioloog James Watson en de Britse moleculair bioloog Francis Crick zijn onlosmakelijk aan DNA verbonden. In 1953 kwamen zij er na lang puzzelen achter dat DNA de structuur van een dubbele helix heeft. Maar net als alle wetenschappers stonden ook Watson en Crick op de schouders van reuzen. Verschillende wetenschappers vóór hen reikten cruciale puzzelstukjes aan, waarmee het iconische duo uiteindelijk de puzzel compleet kon maken. Een van hen was de Oostenrijkse biochemicus Erwin Chargaff, laureaat van de allereerste Heinekenprijs in 1964.
Je zou kunnen zeggen dat het verhaal van DNA begint in 1869, toen de Zwitserse biochemicus Johann Friedrich Miescher de eiwitten in witte bloedcellen wilde bestuderen. Hij stuitte daarbij op een onbekende substantie in de celkernen, die zich anders gedroeg dan eiwitten. Hij besefte dat hij een nieuwe klasse van moleculen in de cel had ontdekt, en noemde deze bijzondere substantie nucleïne (naar het Latijnse woord voor celkern: nucleus). Miescher had een eerste glimp opgevangen van wat we vandaag de dag kennen als DNA.
Zoektocht naar het oude zeevolk dat het Middellandse Zeegebied terroriseerde
Het is een groot raadsels: wie waren de zeevolken die 3000 jaar geleden beschavingen in het Middellandse Zeegebied over de kling jaagden?
Herhalend patroon
Een volgende hoofdrolspeler was de Russische biochemicus Phoebus Levene. Hij analyseerde jarenlang de nucleïnemoleculen van gist, en stelde in 1919 voor dat deze bestaan uit een serie van vier verschillende stikstofbasen, elk vergezeld van een suikermolecuul en een fosfaatgroep. Hij had het bij het juiste eind: die vier stikstofbasen zijn de beroemde letters A, T, C en G. Op een ander punt zat Levene er echter compleet naast, zo zou later blijken. Hij dacht namelijk dat deze basen in een herhalend patroon van telkens dezelfde volgorde aan elkaar vastzitten: een ellenlange sliert van G-C-TA-G-C-T-A, en ga zo maar door.
Met de kennis van nu klinkt dit heel onlogisch: zo’n simpele herhalende reeks kan immers geen informatie bevatten. Maar let wel: de biochemici wisten op dat moment nog niet wat de functie was van DNA. Die mijlpaal bereikte de Canadees-Amerikaanse arts en moleculair bioloog Oswald Avery met zijn collega’s. Hij liet in 1944 zien dat DNA de substantie is die erfelijke eigenschappen doorgeeft. Dit deed hij met een serie experimenten met bacteriën waarbij hij telkens een bepaalde substantie wegliet, en keek wanneer de bacteriën hun eigenschappen niet meer doorgaven.
De regel van Chargaff
Deze ontdekking inspireerde Erwin Chargaff om de eigenschappen van DNA in een uitgebreid onderzoeksprogramma verder te onderzoeken. Hij inspecteerde het DNA van verschillende soorten organismen. Rond 1950 trok hij twee belangrijke conclusies. Ten eerste ontdekte hij dat de verhouding tussen A, T, G en C per soort verschillend is. Daarmee ontkrachtte hij de suggestie van Levene dat DNA bestaat uit een herhalende volgorde van telkens dezelfde basen. Daarnaast concludeerde Chargaff dat voor elke soort geldt: de hoeveelheid A is gelijk aan de hoeveelheid T, en de hoeveelheid G is gelijk aan de hoeveelheid C. Dit kennen we vandaag de dag als ‘de regel van Chargaff’.
Deze regel was een essentieel puzzelstuk voor Watson en Crick. Een ander cruciaal ingrediënt was het röntgendiffractiepatroon dat de Britse chemicus Rosalind Franklin samen met haar student Raymond Gosling had gemaakt en dat haar collega Maurice Wilkins zonder haar medeweten aan Watson en Crick had laten zien. Als je röntgenstralen op DNA-moleculen afstuurt, weerkaatsen die op een specifieke manier tegen de moleculen, en vormen daardoor een vlekkenpatroon. Dit patroon geeft informatie over de structuur van de DNA-moleculen.
Watson en Crick maakten met behulp van zelf geslepen metalen plaatjes en staafjes modellen van de verschillende onderdelen van DNA. Zo probeerden ze te ontrafelen hoe die onderdelen samen de driedimensionale structuur vormen. In eerste instantie waren hun modellen van thymine (T) en guanine (G) incorrect, waardoor ze de structuur niet kloppend kregen. Met hulp van de Amerikaanse scheikundige Jerry Donohue maakten ze nieuwe modellen van deze basen. En toen viel de puzzel prachtig in elkaar: ze konden de bekende dubbele helixstructuur vormen met de basen aan de binnenkant, waarbij de basen A en T perfect op elkaar pasten, net als C en G. Deze structuur resulteerde in het röntgendiffractiepatroon van Franklin. En doordat elke A een paar vormde met een T, en elke C een paar vormde met een G, voldeed de structuur perfect aan de regel van Chargaff.
60 jaar Dr. H.P. Heinekenprijs voor de Biochemie en Biofysica
In 2024 vieren de Heinekenprijzen, de grootste internationale wetenschapsprijzen van Nederland, hun 60-jarige jubileum. Ter ere van dit jubileum duiken we in de geschiedenis van de prijs waar het mee begon: de Dr. H.P. Heinekenprijs voor de Biochemie en Biofysica. Wetenschappers die deze prijs de afgelopen 60 jaar ontvingen, ontrafelden onder meer de geheimen van DNA, cellen en eiwitten. Daarmee legden ze de basis voor nieuwe medische toepassingen.
Dit artikel kwam tot stand in samenwerking met de Stichting Alfred Heineken Fondsen.