James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins en Rosalind Franklin

Aan het King’s College in Londen maakte Rosalind Franklin beelden van DNA met behulp van röntgenkristallografie, een idee dat voor het eerst was geopperd door Maurice Wilkins. Franklins beelden stelden James Watson en Francis Crick in staat hun beroemde tweestrengs of dubbelhelixmodel te maken.

In 1962 ontvingen Watson (1928), Crick (1916-2004) en Wilkins (1916-2004) gezamenlijk de Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde voor hun in 1953 gedane vaststelling van de structuur van desoxyribonucleïnezuur (DNA). Wilkins collega Franklin (1920-1958), die op 37-jarige leeftijd aan kanker overleed, werd niet zo geëerd. Over de redenen voor haar uitsluiting is gediscussieerd en deze zijn nog steeds onduidelijk. Er is een bepaling in de Nobelprijs die luidt: “In geen geval mag het bedrag van de prijs over meer dan drie personen worden verdeeld”. Het feit dat zij stierf voordat de prijs werd toegekend, kan ook een rol hebben gespeeld, hoewel de bepaling tegen postume toekenning pas in 1974 werd ingevoerd.

Ontdekking van de structuur van DNA

De molecule die de basis vormt voor erfelijkheid, DNA, bevat de patronen voor de opbouw van eiwitten in het lichaam, waaronder de verschillende enzymen. Een nieuw begrip van erfelijkheid en erfelijke ziekte was mogelijk toen werd vastgesteld dat DNA bestaat uit twee ketens die om elkaar heen zijn gedraaid, of dubbele helixen, van afwisselend fosfaat- en suikergroepen, en dat de twee ketens bij elkaar worden gehouden door waterstofbruggen tussen paren organische basen -adenine (A) met thymine (T), en guanine (G) met cytosine (C). Ook de moderne biotechnologie is gebaseerd op de structurele kennis van DNA – in dit geval het vermogen van de wetenschapper om het DNA van gastcellen zodanig te wijzigen dat een gewenst product wordt geproduceerd, bijvoorbeeld insuline.

De achtergrond voor het werk van de vier wetenschappers werd gevormd door verschillende wetenschappelijke doorbraken: de vooruitgang die röntgenkristallografen boekten bij het bestuderen van organische macromoleculen; het groeiende bewijs van genetici dat niet eiwitten, maar DNA in chromosomen verantwoordelijk was voor erfelijkheid; de experimentele ontdekking van Erwin Chargaff dat er evenveel A- en T-basen als G- en C-basen in DNA zijn; en de ontdekking van Linus Pauling dat de moleculen van sommige eiwitten spiraalvormige vormen hebben – verkregen door het gebruik van atoommodellen en een scherpe kennis van de mogelijke dispositie van verschillende atomen.

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

Van de vier DNA-onderzoekers had alleen Rosalind Franklin een graad in de scheikunde. Zij werd geboren in een vooraanstaande Londense bankiersfamilie, waar alle kinderen – meisjes en jongens – werden aangemoedigd om hun individuele talenten te ontwikkelen. Zij bezocht Newnham College, een van de vrouwencolleges van de universiteit van Cambridge. Zij voltooide haar studie in 1941, midden in de Tweede Wereldoorlog, en ging in Cambridge afstuderen bij Ronald Norrish, een toekomstige Nobelprijswinnaar. Al na één jaar nam zij ontslag uit haar onderzoeksbeurs om bij te dragen aan de oorlogsinspanning bij de British Coal Utilization Research Association. Daar verrichtte zij fundamenteel onderzoek naar de eigenschappen van steenkool en grafiet. Zij keerde kort terug naar Cambridge, waar zij een op dit werk gebaseerd proefschrift presenteerde en een doctoraat in de fysische chemie kreeg. Na de oorlog kreeg zij via een Franse vriend een aanstelling bij het Laboratoire Centrale des Services Chimiques de l’Etat in Parijs, waar zij kennismaakte met de techniek van de röntgenkristallografie (zie video op deze pagina) en al snel een gerespecteerde autoriteit op dit gebied werd. In 1951 keerde zij terug naar Engeland, naar het King’s College in Londen, waar het haar taak was het röntgenkristallografisch laboratorium op te waarderen voor werkzaamheden met DNA.

Maurice Wilkins

Al aan het werk op King’s College was Maurice Wilkins, een in Nieuw-Zeeland geboren maar in Cambridge opgeleide natuurkundige. Als nieuwe promovendus werkte hij tijdens de Tweede Wereldoorlog aan de verbetering van kathodestraalbuisschermen voor gebruik in radar en werd vervolgens naar de Verenigde Staten uitgezonden om te werken aan het Manhattan-project. Net als veel andere kernfysici raakte hij gedesillusioneerd over zijn onderwerp toen het werd toegepast op de schepping van de atoombom; hij richtte zich in plaats daarvan op de biofysica en werkte samen met zijn mentor in Cambridge, John T. Randall – die een soortgelijke omschakeling had ondergaan – eerst aan de Universiteit van St. Andrews in Schotland en daarna aan het King’s College in Londen. Het was Wilkins’ idee om DNA te bestuderen met röntgenkristallografische technieken, waarmee hij al was begonnen toen Franklin door Randall werd aangesteld. De relatie tussen Wilkins en Franklin was helaas slecht en heeft waarschijnlijk hun vooruitgang vertraagd.

James Watson en Francis Crick

Tussen kwam in 1951 de 23-jarige James Watson, een in Chicago geboren Amerikaan, naar het Cavendish Laboratory in Cambridge. Watson had twee diploma’s in de dierkunde: een bachelordiploma van de Universiteit van Chicago en een doctoraat van de Universiteit van Indiana, waar hij belangstelling kreeg voor genetica. Hij had onder Salvador E. Luria in Indiana gewerkt aan bacteriofagen, de virussen die bacteriën binnendringen om zich te reproduceren – een onderwerp waarvoor Luria in 1969 de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde had gekregen. Watson ging naar Denemarken voor postdoctoraal werk, om virussen te blijven bestuderen en zijn relatieve onwetendheid over scheikunde te verhelpen. Op een conferentie in de lente van 1951 in het Zoölogisch Station in Napels hoorde Watson Wilkins spreken over de moleculaire structuur van DNA en zag hij zijn recente röntgenkristallografische foto’s van DNA. Hij was verkocht.

Watson verhuisde al snel naar het Cavendish Laboratory, waar verschillende belangrijke röntgenkristallografische projecten werden uitgevoerd. Onder leiding van William Lawrence Bragg deed Max Perutz onderzoek naar hemoglobine en John Kendrew naar myoglobine, een eiwit in spierweefsel dat zuurstof opslaat. (Perutz en Kendrew ontvingen de Nobelprijs voor scheikunde voor hun werk in hetzelfde jaar dat de prijs werd toegekend aan de DNA-onderzoekers-1962). Onder Perutz werkte Francis Crick, die een bachelordiploma in natuurkunde had behaald aan het University College London en had geholpen bij de ontwikkeling van radar en magnetische mijnen tijdens de Tweede Wereldoorlog. Crick, een andere natuurkundige in de biologie, zou een proefschrift schrijven over de röntgenkristallografie van hemoglobine toen Watson arriveerde, die graag een collega wilde werven voor het werk aan DNA. Geïnspireerd door Paulings succes bij het werken met moleculaire modellen stelden Watson en Crick snel verschillende modellen van DNA samen en probeerden alle bewijzen die ze konden verzamelen te integreren. De uitstekende röntgenfoto’s van Franklin, waartoe zij zonder haar toestemming toegang hadden gekregen, waren van cruciaal belang voor de juiste oplossing. De vier wetenschappers maakten de structuur van DNA bekend in artikelen die samen in hetzelfde nummer van Nature verschenen.

Separate Career Paths

Dan gingen ze verschillende kanten op. Franklin ging naar het Birkbeck College in Londen om te werken in het laboratorium van J.D. Bernal, een veel aangenamere omgeving voor haar dan King’s College. Voor haar vroegtijdige dood aan kanker leverde ze belangrijke bijdragen aan de röntgenkristallografische analyse van de structuur van het tabaksmozaïekvirus, een mijlpaal in het vakgebied. Tegen het einde van haar leven was zij bevriend geraakt met Francis Crick en zijn vrouw en had zij haar laboratorium overgebracht naar Cambridge, waar zij gevaarlijk werk verrichtte aan het poliovirus. Wilkins paste röntgentechnieken toe op de structurele bepaling van zenuwcelmembranen en van ribonucleïnezuur (RNA) – een molecule die betrokken is bij de chemische synthese in de levende cel – terwijl hij opklom in rang en verantwoordelijkheid aan King’s College. Watsons verdere loopbaan bracht hem uiteindelijk naar het Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) voor kwantitatieve biologie op Long Island, New York, waar hij als directeur vanaf 1968 het laboratorium naar nieuwe hoogten leidde als centrum van onderzoek in de moleculaire biologie. Van 1988 tot 1992 stond hij aan het hoofd van het National Center for Human Genome Research van de National Institutes of Health. Daarna keerde hij terug naar CSHL, waar hij in 2007 met pensioen ging. Tijdens Cricks lange aanstelling in Cambridge heeft hij fundamentele bijdragen geleverd aan de ontsluiting van de genetische code. Hij en Sydney Brenner toonden aan dat elke groep van drie aangrenzende basen op een enkele DNA-streng codeert voor één specifiek aminozuur. Hij stelde ook de juiste hypothese op over het bestaan van “transfer”-RNA, dat bemiddelt tussen “boodschapper”-RNA en aminozuren. Na 20 jaar in Cambridge, met verschillende gasthoogleraarschappen in de Verenigde Staten, ging Crick werken bij het Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, Californië.

Volgende erkenning

In 2005 werd James Watson geëerd met de Othmer Gold Medal van de Chemical Heritage Foundation, nu het Science History Institute, voor zijn wetenschappelijk talent, dat de wereld een nieuw intellectueel begrip van de aard van het leven heeft gegeven, waardoor moderne biotechnologie en een beter leven voor de hele mensheid mogelijk zijn geworden.

De informatie in deze biografie is voor het laatst bijgewerkt op 4 december 2017.