Al King’s College di Londra, Rosalind Franklin ottenne immagini del DNA usando la cristallografia a raggi X, un’idea proposta per la prima volta da Maurice Wilkins. Le immagini di Franklin permisero a James Watson e Francis Crick di creare il loro famoso modello a due filamenti, o doppia elica.
Nel 1962 Watson (nato nel 1928), Crick (1916-2004) e Wilkins (1916-2004) ricevettero insieme il premio Nobel per la fisiologia o la medicina per aver determinato nel 1953 la struttura dell’acido desossiribonucleico (DNA). La collega di Wilkins, Franklin (1920-1958), che morì di cancro all’età di 37 anni, non fu così premiata. Le ragioni della sua esclusione sono state discusse e non sono ancora chiare. C’è una clausola del Premio Nobel che stabilisce che “in nessun caso l’importo del premio può essere diviso tra più di tre persone”. Anche il fatto che sia morta prima che il premio fosse assegnato può essere stato un fattore, anche se la clausola contro i premi postumi non è stata istituita fino al 1974.
Scoprire la struttura del DNA
La molecola che è alla base dell’ereditarietà, il DNA, contiene i modelli per costruire le proteine nel corpo, compresi i vari enzimi. Una nuova comprensione dell’ereditarietà e delle malattie ereditarie è stata possibile quando è stato determinato che il DNA è composto da due catene attorcigliate l’una all’altra, o doppie eliche, di gruppi fosfato e zucchero alternati, e che le due catene sono tenute insieme da legami idrogeno tra coppie di basi organiche: l’adenina (A) con la timina (T), e la guanina (G) con la citosina (C). La moderna biotecnologia ha anche la sua base nella conoscenza strutturale del DNA – in questo caso la capacità dello scienziato di modificare il DNA delle cellule ospiti che poi produrranno un prodotto desiderato, per esempio l’insulina.
Lo sfondo del lavoro dei quattro scienziati è stato formato da diverse scoperte scientifiche: i progressi fatti dai cristallografi a raggi X nello studio delle macromolecole organiche; la crescente evidenza fornita dai genetisti che era il DNA, non le proteine, nei cromosomi ad essere responsabile dell’ereditarietà; la scoperta sperimentale di Erwin Chargaff che ci sono un numero uguale di basi A e T e di basi G e C nel DNA; e la scoperta di Linus Pauling che le molecole di alcune proteine hanno forme elicoidali, raggiunte attraverso l’uso di modelli atomici e una profonda conoscenza della possibile disposizione dei vari atomi.
rosalind-franklin.jpg Rosalind Franklin a Parigi. Vittorio Luzzati Rosalind Franklin
Tra i quattro ricercatori del DNA, solo Rosalind Franklin aveva una laurea in chimica. Era nata in un’importante famiglia di banchieri londinesi, dove tutti i figli – ragazze e ragazzi – erano incoraggiati a sviluppare le loro attitudini individuali. Frequentò il Newnham College, uno dei college femminili dell’Università di Cambridge. Completò la sua laurea nel 1941, nel mezzo della seconda guerra mondiale e intraprese un lavoro di laurea a Cambridge con Ronald Norrish, un futuro premio Nobel. Lasciò la sua borsa di studio di ricerca in un solo anno per contribuire allo sforzo bellico presso la British Coal Utilization Research Association. Lì eseguì indagini fondamentali sulle proprietà del carbone e della grafite. Tornò brevemente a Cambridge, dove presentò una dissertazione basata su questo lavoro e le fu concesso un dottorato in chimica fisica. Dopo la guerra, attraverso un amico francese, ottenne una nomina al Laboratoire Centrale des Services Chimiques de l’Etat a Parigi, dove fu introdotta alla tecnica della cristallografia a raggi X (vedi video in questa pagina) e divenne rapidamente un’autorità rispettata in questo campo. Nel 1951 tornò in Inghilterra al King’s College di Londra, dove il suo compito era quello di aggiornare il laboratorio cristallografico a raggi X per lavorare con il DNA.
Guardare la storia attraverso le lenti correttive della spettrofotometria e della cristallografia a raggi X
La storia attraverso la spettrofotometria e la cristallografia a raggi X spiega come questi strumenti aiutano a capire la struttura degli atomi.
Maurice Wilkins
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Maurice Wilkins con l’attrezzatura cristallografica a raggi X intorno al 1954.
King’s College London e Horace Freeland Judson
Al lavoro al King’s College c’era già Maurice Wilkins, un fisico nato in Nuova Zelanda ma formatosi a Cambridge. Come neodiplomato lavorò durante la seconda guerra mondiale al miglioramento degli schermi dei tubi catodici per l’uso nei radar e poi fu spedito negli Stati Uniti per lavorare al Progetto Manhattan. Come molti altri fisici nucleari, divenne disilluso dalla sua materia quando fu applicata alla creazione della bomba atomica; si rivolse invece alla biofisica, lavorando con il suo mentore di Cambridge, John T. Randall – che aveva subito una conversione simile – prima all’Università di St. Andrews in Scozia e poi al King’s College di Londra. Fu un’idea di Wilkins quella di studiare il DNA con le tecniche cristallografiche a raggi X, che aveva già iniziato ad attuare quando Franklin fu nominato da Randall. Il rapporto tra Wilkins e Franklin fu purtroppo pessimo e probabilmente rallentò i loro progressi.
James Watson e Francis Crick
Nel frattempo, nel 1951, il ventitreenne James Watson, un americano nato a Chicago, arrivò al Cavendish Laboratory di Cambridge. Watson aveva due lauree in zoologia: una laurea all’Università di Chicago e un dottorato all’Università dell’Indiana, dove si era interessato alla genetica. Aveva lavorato sotto Salvador E. Luria all’Indiana sui batteriofagi, i virus che invadono i batteri per riprodursi – un argomento per il quale Luria ha ricevuto il premio Nobel in fisiologia o medicina nel 1969. Watson andò in Danimarca per il lavoro di post-dottorato, per continuare a studiare i virus e per rimediare alla sua relativa ignoranza della chimica. Ad una conferenza nella primavera del 1951 alla Stazione Zoologica di Napoli, Watson sentì Wilkins parlare della struttura molecolare del DNA e vide le sue recenti fotografie cristallografiche a raggi X del DNA.
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James Watson e Francis Crick con il loro modello di DNA ai Cavendish Laboratories nel 1953. Per richiedere il permesso di utilizzare questa foto, visitare il sito web della Science Photo Library all’indirizzo www.photoresearchers.com.
© A. Barrington Brown.
Watson si trasferì presto al Cavendish Laboratory, dove erano in corso diversi importanti progetti cristallografici a raggi X. Sotto la guida di William Lawrence Bragg, Max Perutz stava studiando l’emoglobina e John Kendrew stava studiando la mioglobina, una proteina del tessuto muscolare che immagazzina ossigeno. (Perutz e Kendrew ricevettero il premio Nobel per la chimica per il loro lavoro nello stesso anno in cui il premio fu assegnato ai ricercatori del DNA – 1962). A lavorare sotto Perutz c’era Francis Crick, che aveva conseguito una laurea in fisica all’University College di Londra e aveva contribuito allo sviluppo di radar e mine magnetiche durante la seconda guerra mondiale. Crick, un altro fisico in biologia, doveva scrivere una tesi sulla cristallografia a raggi X dell’emoglobina quando arrivò Watson, desideroso di reclutare un collega per il lavoro sul DNA. Ispirati dal successo di Pauling nel lavorare con modelli molecolari, Watson e Crick misero rapidamente insieme diversi modelli di DNA e cercarono di incorporare tutte le prove che potevano raccogliere. Le eccellenti fotografie a raggi X di Franklin, a cui avevano avuto accesso senza il suo permesso, furono fondamentali per la soluzione corretta. I quattro scienziati annunciarono la struttura del DNA in articoli apparsi insieme nello stesso numero di Nature.
Percorsi di carriera separati
Poi presero direzioni diverse. Franklin andò al Birkbeck College di Londra per lavorare nel laboratorio di J. D. Bernal, un ambiente molto più congeniale per lei del King’s College. Prima della sua prematura morte per cancro, diede importanti contributi all’analisi cristallografica a raggi X della struttura del virus del mosaico del tabacco, una pietra miliare nel campo. Alla fine della sua vita era diventata amica di Francis Crick e di sua moglie e aveva trasferito il suo laboratorio a Cambridge, dove intraprese un pericoloso lavoro sul poliovirus. Wilkins applicò le tecniche dei raggi X alla determinazione strutturale delle membrane delle cellule nervose e dell’acido ribonucleico (RNA) – una molecola che è associata alla sintesi chimica nella cellula vivente – mentre saliva di grado e di responsabilità al King’s College. La successiva carriera di Watson lo portò infine al Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) di biologia quantitativa a Long Island, New York, dove come direttore dal 1968 in poi lo portò a nuove altezze come centro di ricerca in biologia molecolare. Dal 1988 al 1992 ha diretto il National Center for Human Genome Research presso i National Institutes of Health. In seguito è tornato al CSHL, da cui si è ritirato nel 2007. Durante la sua lunga permanenza a Cambridge, Crick ha dato contributi fondamentali per sbloccare il codice genetico. Lui e Sydney Brenner hanno dimostrato che ogni gruppo di tre basi adiacenti su un singolo filamento di DNA codifica per un aminoacido specifico. Ha anche ipotizzato correttamente l’esistenza dell’RNA “transfer”, che media tra l’RNA “messaggero” e gli amminoacidi. Dopo 20 anni a Cambridge, con diverse cattedre in visita negli Stati Uniti, Crick si unì al Salk Institute for Biological Studies di La Jolla, California.
Altri riconoscimenti
Nel 2005 James Watson è stato insignito della Othmer Gold Medal dalla Chemical Heritage Foundation, ora Science History Institute, per il suo talento scientifico, che ha dato al mondo una nuova comprensione intellettuale della natura della vita, rendendo possibile la moderna biotecnologia e una vita migliore per tutta l’umanità.
Le informazioni contenute in questa biografia sono state aggiornate l’ultima volta il 4 dicembre 2017.