James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins und Rosalind Franklin

Am King’s College London machte Rosalind Franklin Bilder der DNA mit Hilfe der Röntgenkristallographie, eine Idee, die zuerst von Maurice Wilkins aufgegriffen wurde. Franklins Bilder ermöglichten es James Watson und Francis Crick, ihr berühmtes Zweistrang- oder Doppelhelixmodell zu erstellen.

Im Jahr 1962 erhielten Watson (geb. 1928), Crick (1916-2004) und Wilkins (1916-2004) gemeinsam den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für ihre 1953 erfolgte Bestimmung der Struktur der Desoxyribonukleinsäure (DNA). Wilkins‘ Kollegin Franklin (1920-1958), die im Alter von 37 Jahren an Krebs starb, wurde nicht so geehrt. Die Gründe für ihren Ausschluss sind umstritten und bis heute nicht geklärt. Es gibt eine Nobelpreis-Bestimmung, die besagt, dass „in keinem Fall eine Preissumme auf mehr als drei Personen aufgeteilt werden darf.“ Die Tatsache, dass sie vor der Verleihung des Preises starb, könnte auch ein Faktor gewesen sein, obwohl die Bestimmung gegen posthume Auszeichnungen erst 1974 eingeführt wurde.

Discovering the Structure of DNA

Das Molekül, das die Grundlage für die Vererbung ist, die DNA, enthält die Muster für den Aufbau von Proteinen im Körper, einschließlich der verschiedenen Enzyme. Ein neues Verständnis von Vererbung und Erbkrankheiten wurde möglich, als man feststellte, dass die DNS aus zwei umeinander gewundenen Ketten oder Doppelhelixen besteht, die abwechselnd aus Phosphat- und Zuckergruppen bestehen, und dass die beiden Ketten durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Paaren von organischen Basen zusammengehalten werden – Adenin (A) mit Thymin (T) und Guanin (G) mit Cytosin (C). Auch die moderne Biotechnologie hat ihre Grundlage in der Strukturkenntnis der DNA – in diesem Fall die Fähigkeit des Wissenschaftlers, die DNA von Wirtszellen so zu verändern, dass sie ein gewünschtes Produkt, zum Beispiel Insulin, produziert.

Der Hintergrund für die Arbeit der vier Wissenschaftler wurde durch mehrere wissenschaftliche Durchbrüche gebildet: Die Fortschritte der Röntgenkristallographen bei der Untersuchung organischer Makromoleküle; die zunehmenden Beweise der Genetiker, dass nicht Proteine, sondern die DNA in den Chromosomen für die Vererbung verantwortlich ist; Erwin Chargaffs experimenteller Befund, dass es in der DNA gleich viele A- und T-Basen sowie G- und C-Basen gibt; und Linus Paulings Entdeckung, dass die Moleküle mancher Proteine schraubenförmige Formen haben – zustande gekommen durch die Verwendung atomarer Modelle und eine genaue Kenntnis der möglichen Anordnung verschiedener Atome.

rosalind-franklin.jpg Rosalind Franklin in Paris. Vittorio Luzzati Rosalind Franklin

Von den vier DNA-Forschern hatte nur Rosalind Franklin einen Abschluss in Chemie. Sie wurde in eine prominente Londoner Bankiersfamilie hineingeboren, in der alle Kinder – Mädchen und Jungen – ermutigt wurden, ihre individuellen Begabungen zu entwickeln. Sie besuchte das Newnham College, eines der Frauen-Colleges der Universität Cambridge. Sie schloss ihr Studium 1941, mitten im Zweiten Weltkrieg, ab und begann ihre Doktorarbeit in Cambridge bei Ronald Norrish, einem späteren Nobelpreisträger. Bereits nach einem Jahr kündigte sie ihr Forschungsstipendium, um bei der British Coal Utilization Research Association zu den Kriegsanstrengungen beizutragen. Dort führte sie grundlegende Untersuchungen über die Eigenschaften von Kohle und Graphit durch. Sie kehrte kurzzeitig nach Cambridge zurück, wo sie eine auf diesen Arbeiten basierende Dissertation vorlegte und in physikalischer Chemie promoviert wurde. Nach dem Krieg erhielt sie durch einen französischen Freund eine Anstellung am Laboratoire Centrale des Services Chimiques de l’Etat in Paris, wo sie in die Technik der Röntgenkristallographie eingeführt wurde (siehe Video auf dieser Seite) und schnell zu einer angesehenen Autorität auf diesem Gebiet wurde. 1951 kehrte sie nach England an das King’s College London zurück, wo sie das dortige röntgenkristallographische Labor für die Arbeit mit der DNA ausbauen sollte.

Maurice Wilkins

Am King’s College arbeitete bereits Maurice Wilkins, ein in Neuseeland geborener, aber in Cambridge ausgebildeter Physiker. Als frischgebackener Doktor arbeitete er während des Zweiten Weltkriegs an der Verbesserung von Kathodenstrahlröhren-Bildschirmen für den Einsatz im Radar und wurde dann in die Vereinigten Staaten geschickt, um am Manhattan-Projekt mitzuarbeiten. Wie viele andere Kernphysiker wurde er von seinem Fachgebiet desillusioniert, als es auf die Entwicklung der Atombombe angewandt wurde; er wandte sich stattdessen der Biophysik zu und arbeitete mit seinem Mentor aus Cambridge, John T. Randall – der eine ähnliche Konversion durchgemacht hatte – zunächst an der Universität von St. Andrews in Schottland und dann am King’s College London. Es war Wilkins‘ Idee, die DNA mit röntgenkristallographischen Techniken zu untersuchen, mit deren Umsetzung er bereits begonnen hatte, als Franklin von Randall berufen wurde. Das Verhältnis zwischen Wilkins und Franklin war leider schlecht und bremste wahrscheinlich ihren Fortschritt.

James Watson und Francis Crick

In der Zwischenzeit, im Jahr 1951, kam der 23-jährige James Watson, ein in Chicago geborener Amerikaner, an das Cavendish Laboratory in Cambridge. Watson hatte zwei Abschlüsse in Zoologie: einen Bachelor an der University of Chicago und einen Doktortitel an der Indiana University, wo er sich für die Genetik interessierte. Er hatte unter Salvador E. Luria in Indiana an Bakteriophagen gearbeitet, den Viren, die in Bakterien eindringen, um sich zu vermehren – ein Thema, für das Luria 1969 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielt. Watson ging als Postdoktorand nach Dänemark, um weiter an Viren zu forschen und seine relative Unkenntnis der Chemie zu verbessern. Auf einer Konferenz im Frühjahr 1951 in der Zoologischen Station in Neapel hörte Watson Wilkins Vortrag über die molekulare Struktur der DNA und sah seine neuen röntgenkristallographischen Aufnahmen der DNA. Er war begeistert.

Watson wechselte bald an das Cavendish Laboratory, wo mehrere wichtige röntgenkristallographische Projekte liefen. Unter der Leitung von William Lawrence Bragg untersuchte Max Perutz das Hämoglobin und John Kendrew das Myoglobin, ein Protein im Muskelgewebe, das Sauerstoff speichert. (Perutz und Kendrew erhielten den Nobelpreis für Chemie für ihre Arbeit im selben Jahr, in dem der Preis an die DNA-Forscher verliehen wurde – 1962). Unter Perutz arbeitete Francis Crick, der einen Bachelor-Abschluss in Physik am University College London erworben hatte und während des Zweiten Weltkriegs an der Entwicklung von Radar und Magnetminen beteiligt war. Crick, ein weiterer Physiker in der Biologie, sollte eine Dissertation über die Röntgenkristallographie von Hämoglobin schreiben, als Watson ankam, begierig darauf, einen Kollegen für die Arbeit an der DNA zu gewinnen. Inspiriert von Paulings Erfolg bei der Arbeit mit molekularen Modellen, stellten Watson und Crick schnell mehrere Modelle der DNA zusammen und versuchten, alle Beweise, die sie sammeln konnten, einzubeziehen. Franklins hervorragende Röntgenaufnahmen, zu denen sie sich ohne ihre Erlaubnis Zugang verschafft hatten, waren entscheidend für die richtige Lösung. Die vier Wissenschaftler verkündeten die Struktur der DNA in Artikeln, die gemeinsam in der gleichen Ausgabe von Nature erschienen.

Trennende Karrierewege

Dann gingen sie in unterschiedliche Richtungen. Franklin ging an das Birkbeck College in London, um im Labor von J. D. Bernal zu arbeiten, ein für sie viel angenehmeres Umfeld als das King’s College. Vor ihrem frühen Krebstod leistete sie wichtige Beiträge zur röntgenkristallographischen Analyse der Struktur des Tabakmosaikvirus, ein Meilenstein auf diesem Gebiet. Am Ende ihres Lebens hatte sie sich mit Francis Crick und seiner Frau angefreundet und ihr Labor nach Cambridge verlegt, wo sie gefährliche Arbeiten am Poliovirus unternahm. Wilkins wandte Röntgentechniken zur Strukturbestimmung von Nervenzellmembranen und von Ribonukleinsäure (RNA) an – einem Molekül, das an der chemischen Synthese in der lebenden Zelle beteiligt ist – und stieg dabei in Rang und Verantwortung am King’s College auf. Watsons weitere Karriere führte ihn schließlich an das Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) für Quantitative Biologie auf Long Island, New York, wo er es ab 1968 als Direktor zu neuen Höhen als Forschungszentrum der Molekularbiologie führte. Von 1988 bis 1992 leitete er das National Center for Human Genome Research an den National Institutes of Health. Danach kehrte er an das CSHL zurück, von dem er 2007 in den Ruhestand ging. Während Cricks langer Tätigkeit in Cambridge leistete er grundlegende Beiträge zur Entschlüsselung des genetischen Codes. Er und Sydney Brenner zeigten, dass jede Gruppe von drei benachbarten Basen auf einem einzelnen DNA-Strang für eine bestimmte Aminosäure kodiert. Außerdem stellte er die korrekte Hypothese auf, dass es eine „Transfer“-RNA gibt, die zwischen der „Boten“-RNA und den Aminosäuren vermittelt. Nach 20 Jahren in Cambridge, mit mehreren Gastprofessuren in den Vereinigten Staaten, ging Crick an das Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, Kalifornien.

Weitere Anerkennung

Im Jahr 2005 wurde James Watson mit der Othmer Gold Medal von der Chemical Heritage Foundation, dem heutigen Science History Institute, für sein wissenschaftliches Talent geehrt, das der Welt ein neues intellektuelles Verständnis der Natur des Lebens gegeben hat und damit die moderne Biotechnologie und ein besseres Leben für die gesamte Menschheit ermöglicht hat.

Die in dieser Biografie enthaltenen Informationen wurden zuletzt am 4. Dezember 2017 aktualisiert.