היום לפני: איך מתורגם ה-DNA

כיצד מתורגם קוד ה-DNA לחלבונים? כיצד מולקולת ה-RNA משתלבת בתהליך? איך קוד ה-RNA נקרא ומתורגם לחלבון? אלה היו השאלות הגדולות שמרשל נירנברג תרם לפיצוחן ואשר הובילו לזכייתו בפרס נובל לרפואה לשנת 1968.

מרשל וורן נירנברג (Nirenberg) נולד ב-10 באפריל 1927 בניו-יורק למשפחה יהודית, ואחר כך עבר עם משפחתו לפלורידה. עוד כילד התעניין במדע, ואסף עכבישים למוזיאון הטבע הלאומי האמריקאי. בגיל 21 סיים תואר ראשון בכימיה ובזואולוגיה באוניברסיטת גיינסוויל בפלורידה ומיד המשיך שם לתואר שני בזואולוגיה. ב-1957 סיים דוקטורט בביוכימיה באוניברסיטת מישיגן. אחר כך התקבל למכונים הלאומיים לבריאות (NIH), שם עבד עד פרישתו.

ב-1952 הראו אלפרד הרשי (Hershey) ומרתה צ'ייס (Chase) שהחומר העובר בתורשה מדור לדור הוא ה-DNA, וכבר ב-1953 פרסמו פרנסיס קריק (Crick‏) וג'יימס ווטסון (Watson) את מבנה ה-DNA. אך בתקופה ההיא לא ידעו מה הקשר בין DNA לבין יצירת חלבון בתא. נירנברג חשף חלק מתהליך זה והצביע על התפקיד שממלאת בו מולקולת ה-RNA.

בניסוי פורץ דרך שנערך בשנת 1959, ייצרו נירנברג והיינריך מתאי (Matthaei) מולקולת RNA שהורכבה אך ורק מאורציל – המרכיב היחיד של RNA שאינו קיים ב-DNA. הם הוסיפו את ה-RNA המלאכותי לתערובת של שברי תאים ושל חומצות אמיניות שונות שסומנו באיזוטופים רדיואקטיביים. חומצות אמיניות הן אבני הבניין של חלבונים, והניסוי גילה כי מולקולת ה-RNA המלאכותית הובילה ליצירת "חלבון" המורכב מרצף של חומצה אמינית אחת ויחידה (פנילאלנין). הם הבינו שפענחו את הקוד המציין את החומצה האמינית הזאת. הניסוי הזה היה השלב הראשון בפענוח הקודונים ובהבנה כי רצף של שלוש "אותיות" ב-RNA – קודון – הוא הנחיה לשיבוץ החומצה האמינית המתאימה בשרשרת של חומצות אמיניות, ההופכת בתום בנייתה לחלבון פעיל.

נירנברג הציג את ממצאי המחקר בכינוס מדעי ב-1961, והם עוררו התרגשות רבה. הוא המשיך במחקרו ופענח קודונים נוספים. פיליפ לדר (Leder), תלמיד פוסט-דוקטורט במעבדתו של נירנברג, פיתח שיטה לייעל את הפענוח הזה ולזרז אותו.

המירוץ לפיצוח הקוד, וההבנה שנירנברג עשוי לקבל פרס נובל על עבודתו, הניעו כמה מעמיתיו במכונים הלאומיים לזנוח עיסוקים מחקריים אחרים ולסייע לו בפענוח הקוד של ייצור החלבונים. "זה היה מצב של דוד מול גוליית, שבו חוקר צעיר ודל-משאבים מתחרה עם מדענים מכובדים ועתירי אמצעים, חתני פרס נובל, כמו אוצ'ואה (Ochoa)," סיפר לדר לימים.

ואכן, ב-1968 חלק נירנברג את פרס נובל ברפואה עם הר גובינד חורנה (Khorana) ועם רוברט הולי (Holley), שעסקו גם הם בחקר הבסיס הגנטי של ייצור חלבונים בתא. לאחר מכן זנח נירנברג את העיסוק בקוד הגנטי של החלבונים, והתמקד בחקר תאי עצב. אך פענוח הקוד של ייצור החלבונים נשאר הישגו הידוע ביותר, והוא קיבל עוד פרסים רבים על מחקר זה, ובהם המדליה הלאומית למדעים. נירנברג מת ממחלת הסרטן בשנת 2010, בגיל 82.

"העבודה שלו ושל עמיתיו היא שהובילה לפיצוח שפת החיים," אמר הגנטיקאי וולטר בודמר (Bodmer). "הממצאים האלה היו מהותיים למחקרי המשך שנעשו בביולוגיה מולקולרית, וכמעט לכל המחקרים שהובילו להבנת התהליכים הביולוגיים."