W King’s College w Londynie Rosalind Franklin uzyskała obrazy DNA za pomocą krystalografii rentgenowskiej, co było pomysłem Maurice’a Wilkinsa. Obrazy Franklina pozwoliły Jamesowi Watsonowi i Francisowi Crickowi stworzyć ich słynny model dwuniciowy, czyli podwójną helisę.
W 1962 roku Watson (ur. 1928), Crick (1916-2004) i Wilkins (1916-2004) wspólnie otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za określenie w 1953 roku struktury kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA). Kolega Wilkinsa, Franklin (1920-1958), który zmarł na raka w wieku 37 lat, nie został w ten sposób uhonorowany. Przyczyny jej wykluczenia były przedmiotem dyskusji i nadal pozostają niejasne. Zgodnie z postanowieniami Nagrody Nobla „w żadnym wypadku nagroda nie może być podzielona między więcej niż trzy osoby”. Fakt, że zmarła przed przyznaniem nagrody również mógł być czynnikiem, chociaż zastrzeżenie przeciwko pośmiertnym nagrodom zostało wprowadzone dopiero w 1974 r.
Odkrycie struktury DNA
Cząsteczka, która jest podstawą dziedziczności, DNA, zawiera wzory do konstruowania białek w organizmie, w tym różnych enzymów. Nowe zrozumienie dziedziczności i chorób dziedzicznych stało się możliwe po ustaleniu, że DNA składa się z dwóch skręconych wokół siebie łańcuchów, czyli podwójnych helis, zawierających naprzemiennie grupy fosforanowe i cukrowe, oraz że te dwa łańcuchy są utrzymywane razem przez wiązania wodorowe pomiędzy parami zasad organicznych – adeniną (A) z tyminą (T) oraz guaniną (G) z cytozyną (C). Nowoczesna biotechnologia również opiera się na wiedzy strukturalnej o DNA – w tym przypadku naukowcy są w stanie modyfikować DNA komórek gospodarza, które następnie będą produkować pożądany produkt, na przykład insulinę.
Tło dla pracy czterech naukowców stanowiło kilka przełomowych odkryć naukowych: postęp poczyniony przez krystalografów rentgenowskich w badaniu makrocząsteczek organicznych; rosnące dowody dostarczone przez genetyków, że to DNA, a nie białko, w chromosomach jest odpowiedzialne za dziedziczność; eksperymentalne odkrycie Erwina Chargaffa, że w DNA jest równa liczba zasad A i T oraz zasad G i C; oraz odkrycie Linusa Paulinga, że cząsteczki niektórych białek mają spiralne kształty – osiągnięte dzięki zastosowaniu modeli atomowych i przenikliwej wiedzy o możliwym rozmieszczeniu różnych atomów.
rosalind-franklin.jpg Rosalind Franklin w Paryżu. Vittorio Luzzati Rosalind Franklin
Z czwórki badaczy DNA tylko Rosalind Franklin miała jakiekolwiek wykształcenie chemiczne. Urodziła się w prominentnej londyńskiej rodzinie bankierskiej, w której wszystkie dzieci – dziewczynki i chłopcy – były zachęcane do rozwijania swoich indywidualnych uzdolnień. Uczęszczała do Newnham College, jednego z żeńskich kolegiów na Uniwersytecie Cambridge. Studia ukończyła w 1941 roku, w samym środku II wojny światowej, i podjęła pracę dyplomową w Cambridge u Ronalda Norrisha, przyszłego laureata Nagrody Nobla. W ciągu zaledwie roku zrezygnowała ze stypendium naukowego, aby wnieść swój wkład w wysiłek wojenny w British Coal Utilization Research Association. Prowadziła tam podstawowe badania nad właściwościami węgla i grafitu. Na krótko wróciła do Cambridge, gdzie przedstawiła opartą na tej pracy rozprawę i uzyskała tytuł doktora chemii fizycznej. Po wojnie, dzięki francuskiemu przyjacielowi, została zatrudniona w Laboratoire Centrale des Services Chimiques de l’Etat w Paryżu, gdzie zapoznała się z techniką krystalografii rentgenowskiej (patrz film na tej stronie) i szybko stała się uznanym autorytetem w tej dziedzinie. W 1951 r. powróciła do Anglii, do King’s College w Londynie, gdzie jej zadaniem była modernizacja tamtejszego laboratorium krystalografii rentgenowskiej do pracy z DNA.
Przeglądanie historii przez korekcyjne soczewki spektrofotometrii i krystalografii rentgenowskiej
Historia przez spektrofotometrię i krystalografię rentgenowską wyjaśnia, jak te instrumenty pomagają zrozumieć strukturę atomów.
Maurice Wilkins
wilkins1.jpg
Maurice Wilkins ze sprzętem do krystalografii rentgenowskiej ok. 1954 r.
King’s College London i Horace Freeland Judson
W King’s College pracował już Maurice Wilkins, urodzony w Nowej Zelandii, ale wykształcony w Cambridge fizyk. Jako nowy doktor pracował podczas II wojny światowej nad ulepszeniem ekranów lamp katodowych do zastosowania w radarach, a następnie został wysłany do Stanów Zjednoczonych, aby pracować nad Projektem Manhattan. Podobnie jak wielu innych fizyków jądrowych, rozczarował się swoim przedmiotem, gdy został on zastosowany do stworzenia bomby atomowej; zamiast tego zwrócił się ku biofizyce, pracując ze swoim mentorem z Cambridge, Johnem T. Randallem, który przeszedł podobną przemianę – najpierw na Uniwersytecie St. Andrews w Szkocji, a następnie w King’s College w Londynie. Pomysłem Wilkinsa było badanie DNA za pomocą technik krystalografii rentgenowskiej, które zaczął już realizować, gdy Franklin został mianowany przez Randalla. Relacje między Wilkinsem i Franklinem były niestety kiepskie i prawdopodobnie spowolniły ich postępy.
James Watson i Francis Crick
W międzyczasie, w 1951 roku, 23-letni James Watson, Amerykanin urodzony w Chicago, przybył do Laboratorium Cavendisha w Cambridge. Watson miał dwa tytuły naukowe w dziedzinie zoologii: licencjat na Uniwersytecie w Chicago i doktorat na Uniwersytecie Indiana, gdzie zainteresował się genetyką. W Indianie pracował pod kierunkiem Salvadora E. Lurii nad bakteriofagami, wirusami, które atakują bakterie, aby się rozmnażać – za ten temat Luria otrzymał w 1969 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny. Watson wyjechał do Danii, aby kontynuować badania nad wirusami i zaradzić swojej względnej ignorancji w dziedzinie chemii. Wiosną 1951 r. na konferencji w Stacji Zoologicznej w Neapolu Watson usłyszał wykład Wilkinsa na temat struktury molekularnej DNA i zobaczył jego ostatnie rentgenowskie zdjęcia krystalograficzne DNA. Był oczarowany.
watson-crick-dna-model.jpg
James Watson i Francis Crick ze swoim modelem DNA w Laboratoriach Cavendisha w 1953 roku. Aby poprosić o zgodę na wykorzystanie tego zdjęcia, należy odwiedzić stronę Science Photo Library pod adresem www.photoresearchers.com.
© A. Barrington Brown.
Watson wkrótce przeniósł się do Laboratorium Cavendisha, gdzie trwało kilka ważnych projektów związanych z krystalografią rentgenowską. Pod kierownictwem Williama Lawrence’a Bragga, Max Perutz badał hemoglobinę, a John Kendrew mioglobinę, białko w tkance mięśniowej, które magazynuje tlen. (Perutz i Kendrew otrzymali za swoją pracę Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w tym samym roku, w którym przyznano ją badaczom DNA – 1962). Pod Perutzem pracował Francis Crick, który uzyskał licencjat z fizyki na University College London i pomagał w rozwoju radaru i min magnetycznych podczas II wojny światowej. Crick, kolejny fizyk zajmujący się biologią, miał właśnie pisać pracę doktorską na temat rentgenowskiej krystalografii hemoglobiny, gdy przybył Watson, chętny do pozyskania kolegi do pracy nad DNA. Zainspirowani sukcesem Paulinga w pracy z modelami molekularnymi, Watson i Crick szybko złożyli kilka modeli DNA i starali się w nich zawrzeć wszystkie dowody, jakie udało im się zgromadzić. Doskonałe zdjęcia rentgenowskie Franklina, do których uzyskali dostęp bez jej zgody, okazały się kluczowe dla prawidłowego rozwiązania. Czwórka naukowców ogłosiła strukturę DNA w artykułach, które ukazały się razem w tym samym numerze Nature.
Oddzielne ścieżki kariery
Potem rozeszli się w różnych kierunkach. Franklin poszła do Birkbeck College w Londynie, by pracować w laboratorium J.D. Bernala, znacznie bardziej przyjaznym dla niej niż King’s College. Przed przedwczesną śmiercią z powodu raka wniosła istotny wkład w rentgenowską analizę krystalograficzną struktury wirusa mozaiki tytoniu, co było przełomem w tej dziedzinie. Pod koniec życia zaprzyjaźniła się z Francisem Crickiem i jego żoną oraz przeniosła swoje laboratorium do Cambridge, gdzie podjęła niebezpieczne prace nad poliovirusem. Wilkins zastosował techniki rentgenowskie do strukturalnego określenia błon komórek nerwowych i kwasu rybonukleinowego (RNA) – cząsteczki, która jest związana z syntezą chemiczną w żywej komórce – awansując w King’s College pod względem rangi i odpowiedzialności. Dalsza kariera Watsona doprowadziła go w końcu do Laboratorium Biologii Ilościowej Cold Spring Harbor (CSHL) na Long Island w Nowym Jorku, gdzie jako dyrektor od 1968 r. doprowadził je na nowe wyżyny jako centrum badań w dziedzinie biologii molekularnej. W latach 1988-1992 kierował National Center for Human Genome Research w National Institutes of Health. Następnie powrócił do CSHL, skąd w 2007 r. odszedł na emeryturę. Podczas swojej długiej pracy w Cambridge Crick wniósł fundamentalny wkład w odblokowanie kodu genetycznego. Wraz z Sydneyem Brennerem wykazał, że każda grupa trzech sąsiadujących ze sobą zasad na pojedynczej nici DNA koduje jeden określony aminokwas. Postawił też słuszną hipotezę o istnieniu „transferowego” RNA, które pośredniczy między „posłańczym” RNA a aminokwasami. Po 20 latach pracy w Cambridge, z kilkoma wizytami profesorskimi w Stanach Zjednoczonych, Crick dołączył do Salk Institute for Biological Studies w La Jolla w Kalifornii.
Dalsze uznanie
W 2005 roku James Watson został uhonorowany Złotym Medalem Othmera przez Chemical Heritage Foundation, obecnie Science History Institute, za swój talent naukowy, który dał światu nowe intelektualne zrozumienie natury życia, umożliwiając nowoczesną biotechnologię i lepsze życie dla całej ludzkości.
Informacje zawarte w tej biografii były ostatnio aktualizowane 4 grudnia 2017 roku.
Więcej informacji.