James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins et Rosalind Franklin

Au King’s College de Londres, Rosalind Franklin a obtenu des images de l’ADN en utilisant la cristallographie aux rayons X, une idée abordée pour la première fois par Maurice Wilkins. Les images de Franklin ont permis à James Watson et Francis Crick de créer leur célèbre modèle à deux brins, ou double hélice.

En 1962, Watson (né en 1928), Crick (1916-2004) et Wilkins (1916-2004) ont reçu conjointement le prix Nobel de physiologie ou de médecine pour avoir déterminé en 1953 la structure de l’acide désoxyribonucléique (ADN). Le collègue de Wilkins, Franklin (1920-1958), décédé d’un cancer à l’âge de 37 ans, n’a pas été honoré de la sorte. Les raisons de son exclusion ont été débattues et ne sont toujours pas claires. Une disposition du prix Nobel stipule qu' »en aucun cas le montant d’un prix ne peut être divisé entre plus de trois personnes ». Le fait qu’elle soit décédée avant l’attribution du prix peut également avoir été un facteur, bien que la stipulation contre les récompenses posthumes n’ait été instaurée qu’en 1974.

Découverte de la structure de l’ADN

La molécule qui est à la base de l’hérédité, l’ADN, contient les modèles pour construire les protéines dans le corps, y compris les diverses enzymes. Une nouvelle compréhension de l’hérédité et des maladies héréditaires a été possible une fois qu’il a été déterminé que l’ADN est constitué de deux chaînes enroulées l’une autour de l’autre, ou doubles hélices, de groupes phosphate et sucre alternés, et que les deux chaînes sont maintenues ensemble par des liaisons hydrogène entre des paires de bases organiques : l’adénine (A) avec la thymine (T), et la guanine (G) avec la cytosine (C). La biotechnologie moderne trouve également son fondement dans la connaissance structurelle de l’ADN – en l’occurrence, la capacité du scientifique à modifier l’ADN des cellules hôtes qui produiront ensuite un produit souhaité, par exemple l’insuline.

Le contexte du travail des quatre scientifiques a été formé par plusieurs percées scientifiques : les progrès réalisés par les cristallographes à rayons X dans l’étude des macromolécules organiques ; les preuves croissantes fournies par les généticiens que c’était l’ADN, et non les protéines, dans les chromosomes qui était responsable de l’hérédité ; la découverte expérimentale d’Erwin Chargaff qu’il y a un nombre égal de bases A et T et de bases G et C dans l’ADN ; et la découverte de Linus Pauling que les molécules de certaines protéines ont des formes hélicoïdales – obtenue grâce à l’utilisation de modèles atomiques et à une connaissance approfondie de la disposition possible de divers atomes.

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

Des quatre chercheurs sur l’ADN, seule Rosalind Franklin était diplômée en chimie. Elle est née dans une importante famille de banquiers londoniens, où tous les enfants – filles et garçons – étaient encouragés à développer leurs aptitudes individuelles. Elle a fréquenté le Newnham College, l’un des collèges pour femmes de l’université de Cambridge. Elle a obtenu son diplôme en 1941, en pleine Seconde Guerre mondiale, et a entrepris des études supérieures à Cambridge avec Ronald Norrish, futur lauréat du prix Nobel. Elle démissionne de sa bourse de recherche en un an seulement pour contribuer à l’effort de guerre au sein de la British Coal Utilization Research Association. Elle y effectue des recherches fondamentales sur les propriétés du charbon et du graphite. Elle retourne brièvement à Cambridge, où elle présente une thèse basée sur ces travaux et obtient un doctorat en chimie physique. Après la guerre, grâce à un ami français, elle est nommée au Laboratoire central des services chimiques de l’État à Paris, où elle s’initie à la technique de la cristallographie aux rayons X (voir la vidéo sur cette page) et devient rapidement une autorité respectée dans ce domaine. En 1951, elle retourne en Angleterre au King’s College de Londres, où elle est chargée de moderniser le laboratoire de cristallographie aux rayons X qui s’y trouve pour travailler sur l’ADN.

Maurice Wilkins

Déjà au travail au King’s College se trouvait Maurice Wilkins, un physicien né en Nouvelle-Zélande mais formé à Cambridge. En tant que nouveau docteur, il a travaillé pendant la Seconde Guerre mondiale à l’amélioration des écrans des tubes cathodiques utilisés dans les radars, puis a été envoyé aux États-Unis pour travailler sur le projet Manhattan. Comme beaucoup d’autres physiciens nucléaires, il est déçu par son sujet lorsqu’il est appliqué à la création de la bombe atomique ; il se tourne alors vers la biophysique, travaillant avec son mentor de Cambridge, John T. Randall – qui avait subi une conversion similaire – d’abord à l’université de St Andrews en Écosse, puis au King’s College de Londres. Wilkins a eu l’idée d’étudier l’ADN par des techniques de cristallographie aux rayons X, qu’il avait déjà commencé à mettre en œuvre lorsque Franklin a été nommé par Randall. Les relations entre Wilkins et Franklin étaient malheureusement mauvaises et ont probablement ralenti leurs progrès.

James Watson et Francis Crick

En attendant, en 1951, James Watson, un Américain de 23 ans né à Chicago, arrive au laboratoire Cavendish de Cambridge. Watson était titulaire de deux diplômes en zoologie : une licence de l’université de Chicago et un doctorat de l’université d’Indiana, où il s’est intéressé à la génétique. Il avait travaillé sous la direction de Salvador E. Luria à l’Indiana sur les bactériophages, ces virus qui envahissent les bactéries pour se reproduire – un sujet pour lequel Luria a reçu le prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1969. Watson part au Danemark pour un travail postdoctoral, afin de continuer à étudier les virus et de remédier à sa relative ignorance de la chimie. Lors d’une conférence au printemps 1951 à la station zoologique de Naples, Watson entendit Wilkins parler de la structure moléculaire de l’ADN et vit ses récentes photographies cristallographiques aux rayons X de l’ADN. Il était accroché.

Watson passe bientôt au laboratoire Cavendish, où plusieurs projets importants de cristallographie par rayons X sont en cours. Sous la direction de William Lawrence Bragg, Max Perutz étudiait l’hémoglobine et John Kendrew la myoglobine, une protéine du tissu musculaire qui stocke l’oxygène. (Perutz et Kendrew ont reçu le prix Nobel de chimie pour leurs travaux l’année même où le prix a été décerné aux chercheurs sur l’ADN – 1962). Travaillant sous la direction de Perutz, Francis Crick, qui avait obtenu une licence de physique à l’University College de Londres et avait contribué à la mise au point de radars et de mines magnétiques pendant la Seconde Guerre mondiale. Crick, un autre physicien en biologie, était censé rédiger une thèse sur la cristallographie aux rayons X de l’hémoglobine lorsque Watson est arrivé, désireux de recruter un collègue pour travailler sur l’ADN. Inspirés par le succès de Pauling dans son travail sur les modèles moléculaires, Watson et Crick mettent rapidement au point plusieurs modèles d’ADN et tentent d’y intégrer toutes les preuves qu’ils peuvent rassembler. Les excellentes photographies aux rayons X de Franklin, auxquelles ils avaient eu accès sans sa permission, étaient essentielles pour trouver la bonne solution. Les quatre scientifiques ont annoncé la structure de l’ADN dans des articles parus ensemble dans le même numéro de Nature.

Parcours de carrière distincts

Puis ils sont partis dans des directions différentes. Franklin est allée au Birkbeck College, à Londres, pour travailler dans le laboratoire de J. D. Bernal, un cadre beaucoup plus agréable pour elle que le King’s College. Avant de mourir prématurément d’un cancer, elle a apporté une contribution importante à l’analyse cristallographique aux rayons X de la structure du virus de la mosaïque du tabac, une étape importante dans ce domaine. À la fin de sa vie, elle s’était liée d’amitié avec Francis Crick et sa femme et avait transféré son laboratoire à Cambridge, où elle a entrepris des travaux dangereux sur le poliovirus. Wilkins a appliqué les techniques à rayons X à la détermination de la structure des membranes des cellules nerveuses et de l’acide ribonucléique (ARN) – une molécule associée à la synthèse chimique dans la cellule vivante – tout en montant en grade et en responsabilité au King’s College. La suite de la carrière de Watson l’a conduit au Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) de biologie quantitative à Long Island, dans l’État de New York, où, en tant que directeur à partir de 1968, il l’a mené vers de nouveaux sommets en tant que centre de recherche en biologie moléculaire. De 1988 à 1992, il a dirigé le National Center for Human Genome Research des National Institutes of Health. Il est ensuite revenu au CSHL, d’où il a pris sa retraite en 2007. Pendant son long mandat à Cambridge, Crick a apporté des contributions fondamentales à la découverte du code génétique. Lui et Sydney Brenner ont démontré que chaque groupe de trois bases adjacentes sur un seul brin d’ADN code pour un acide aminé spécifique. Il a également émis l’hypothèse correcte de l’existence de l’ARN « de transfert », qui sert d’intermédiaire entre l’ARN « messager » et les acides aminés. Après 20 ans à Cambridge, avec plusieurs postes de professeurs invités aux États-Unis, Crick a rejoint l’Institut Salk pour les études biologiques à La Jolla, en Californie.

Reconnaissance supplémentaire

En 2005, James Watson a été honoré de la médaille d’or Othmer de la Chemical Heritage Foundation, devenue le Science History Institute, pour son talent scientifique, qui a donné au monde une nouvelle compréhension intellectuelle de la nature de la vie, rendant possible la biotechnologie moderne et une meilleure vie pour toute l’humanité.

Les informations contenues dans cette biographie ont été mises à jour le 4 décembre 2017.