Английский специалист в области молекулярной биологии Фрэнсис Харри Комптон Крик родился в Нортхемптоне и был старшим из двух сыновей Харри Комптона Крика, зажиточного обувного фабриканта, и Анны Элизабет (Вилкинс) Крик. Проведя свое детство в Нортхемптоне, он посещал среднюю классическую школу. Во время экономического кризиса, наступившего после первой мировой войны, коммерческие дела семьи пришли в упадок, и родители Крика переехали в Лондон. Будучи студентом школы Милл-Хилл, Крик проявил большой интерес к физике, химии и математике. В 1934 г. он поступил в Университетский колледж в Лондоне для изучения физики и окончил его через три года, получив звание бакалавра естественных наук. Завершая образование в Университетском колледже, Крик рассматривал вопросы вязкости воды при высоких температурах; эта работа была прервана в 1939 г. разразившейся второй мировой войной.
В военные годы К. занимался созданием мин в научно-исследовательской лаборатории Военно-морского министерства Великобритании. В течение двух лет после окончания войны он продолжал работать в этом министерстве и именно тогда прочитал известную книгу Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь? Физические аспекты живой клетки» («What Is Life? The Physical Aspects of the Living Cell»), вышедшую в свет в 1944 г. В книге Шрёдингер задается вопросом: «Как можно пространственно-временные события, происходящие в живом организме, объяснить с позиции физики и химии?»
Идеи, изложенные в книге, настолько повлияли на К., что он, намереваясь заняться физикой частиц, переключился на биологию. При поддержке Арчибалда В. Хилла К. получил стипендию Совета по медицинским исследованиям и в 1947 г. начал работать в Стрэнджвейской лаборатории в Кембридже. Здесь он изучал биологию, органическую химию и методы рентгеновской дифракции, используемые для определения пространственной структуры молекул. Его познания в биологии значительно расширились после перехода в 1949 г. в Кавендишскую лабораторию в Кембридже – один из мировых центров молекулярной биологии.
Под руководством Макса Перуца К. исследовал молекулярную структуру белков, в связи с чем у него возник интерес к генетическому коду последовательности аминокислот в белковых молекулах. Изучая вопрос, определенный им как «граница между живым и неживым», Крик пытался найти химическую основу генетики, которая, как он предполагал, могла быть заложена в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК).
Когда К. начал работать над докторской диссертацией в Кембридже, уже было известно, что нуклеиновые кислоты состоят из ДНК и РНК (рибонуклеиновой кислоты), каждая из которых образована молекулами моносахарида группы пентоз (дезоксирибозы или рибозы), фосфатом и четырьмя азотистыми основаниями – аденином, тимином, гуанином и цитозином (в РНК вместо тимина содержится урацил). В 1950 г. Эрвин Чаргафф из Колумбийского университета показал, что ДНК включает равные количества этих азотистых оснований. Морис Х.Ф. Уилкинс и его коллега Розалинда Франклин из Королевского колледжа Лондонского университета провели рентгеновские дифракционные исследования молекул ДНК и сделали вывод, что ДНК имеет форму двойной спирали, напоминающей винтовую лестницу.
В 1951 г. двадцатитрехлетний американский биолог Джеймс Д. Уотсон пригласил К. на работу в Кавендишскую лабораторию. Впоследствии у них установились тесные творческие контакты. Основываясь на ранних исследованиях Чаргаффа, Уилкинса и Франклин, К. и Уотсон намеревались определить химическую структуру ДНК. В течение двух лет они разработали пространственную структуру молекулы ДНК, сконструировав ее модель из шариков, кусков проволоки и картона. Согласно их модели, ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из двух цепей моносахарида и фосфата (дезоксирибозофосфата), соединенных парами оснований внутри спирали, причем аденин соединяется с тимином, а гуанин – с цитозином, а основания друг с другом – водородными связями.
Нобелевские лауреаты Уотсон и Крик
Модель позволила другим исследователям отчетливо представить репликацию ДНК. Две цепи молекулы разделяются в местах водородных связей наподобие открытия застежки-молнии, после чего на каждой половине прежней молекулы ДНК происходит синтез новой. Последовательность оснований действует как матрица, или образец, для новой молекулы.
В 1953 г. К. и Уотсон завершили создание модели ДНК. В этом же году К. получил степень доктора философии в Кембридже, защитив диссертацию, посвященную рентгеновскому дифракционному анализу структуры белка. В течение следующего года он изучал структуру белка в Бруклинском политехническом институте в Нью-Йорке и читал лекции в разных университетах США. Возвратившись в Кембридж в 1954 г., он продолжил свои исследования в Кавендишской лаборатории, сконцентрировав внимание на расшифровке генетического кода. Будучи изначально теоретиком, К. начал совместно с Сиднеем Бреннером изучение генетических мутаций в бактериофагах (вирусах, инфицирующих бактериальные клетки).
К 1961 г. были открыты три типа РНК: информационная, рибосомальная и транспортная. К. и его коллеги предложили способ считывания генетического кода. Согласно теории К., информационная РНК получает генетическую информацию с ДНК в ядре клетки и переносит ее к рибосомам (местам синтеза белков) в цитоплазме клетки. Транспортная РНК переносит в рибосомы аминокислоты.
Информационная и рибосомная РНК, взаимодействуя друг с другом, обеспечивают соединение аминокислот для образования молекул белка в правильной последовательности. Генетический код составляют триплеты азотистых оснований ДНК и РНК для каждой из 20 аминокислот. Гены состоят из многочисленных основных триплетов, которые К. назвал кодонами; кодоны одинаковы у различных видов.
К., Уилкинс и Уотсон разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1962 г. «за открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живых системах». А.В. Энгстрём из Каролинского института сказал на церемонии вручения премии: «Открытие пространственной молекулярной структуры... ДНК является крайне важным, т. к. намечает возможности для понимания в мельчайших деталях общих и индивидуальных особенностей всего живого». Энгстрём отметил, что «расшифровка двойной спиральной структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты со специфическим парным соединением азотистых оснований открывает фантастические возможности для разгадывания деталей контроля и передачи генетической информации».
В год получения Нобелевской премии К. стал заведующим биологической лаборатории Кембриджского университета и иностранным членом Совета Солковского института в Сан-Диего (штат Калифорния). В 1977 г. он переехал в Сан-Диего, получив приглашение на должность профессора. В Солковском институте К. проводил исследования в области нейробиологии, в частности изучал механизмы зрения и сновидений. В 1983 г. совместно с английским математиком Грэмом Митчисоном он предположил, что сновидения являются побочным эффектом процесса, посредством которого человеческий мозг освобождается от чрезмерных или бесполезных ассоциаций, накопленных во время бодрствования. Ученые выдвинули гипотезу, что эта форма «обратного учения» существует для предупреждения перегрузки нервных процессов.
В книге «Жизнь как она есть: ее происхождение и природа» («Life Itself: Its Origin and Nature», 1981) К. отметил удивительное сходство всех форм жизни. «За исключением митохондрий, – писал он, – генетический код идентичен во всех живых объектах, изученных в настоящее время». Ссылаясь на открытия в молекулярной биологии, палеонтологии и космологии, он предположил, что жизнь на Земле могла произойти от микроорганизмов, которые были рассеяны по всему пространству с другой планеты; эту теорию он и его коллега Лесли Оргел назвали «непосредственной панспермией».
В 1940 г. К. женился на Рут Дорин Додд; у них родился сын. Они развелись в 1947 г., и через два года К. женился на Одиль Спид. У них было две дочери.
Многочисленные награды К. включают премию Шарля Леопольда Майера Французской академии наук (1961), научную премию Американского исследовательского общества (1962), Королевскую медаль (1972), медаль Копли Королевского общества (1976). К. – почетный член Лондонского королевского общества, Королевского общества Эдинбурга, Королевской ирландской академии, Американской ассоциации содействия развитию наук, Американской академии наук и искусств и американской Национальной академии наук.
, Физиолог , Медик
Френсис Харри Комптон Крик - английский специалист в области молекулярной биологии и генетик. Нобелевская премия по физиологии и медицине (1962 год, совместно с Джеймсом Дьюи Уотсоном и Морисом Уилкинсоном).
Френсис Крик родился 8 июня 1916 года, Нортхепмтон, Великобритания, в семье преуспевающего обувного фабриканта. После того как семья перебралась в Лондон, обучался в школе Милл-Хилл, где проявились его способности к физике, химии и математике. В 1937 году по окончании университетского Оксфордского колледжа Крик получил степень бакалавра естественных наук, защитив дипломную работу - вязкость воды при высоких температурах.
Каждый раз, когда я пишу работу о происхождении жизни, я решаю, что никогда не буду писать еще одну...
Крик Френсис Харри Комптон
В 1939 году, уже во время Второй мировой войны, Френсис Крик начал работать в научно-исследовательской лаборатории Военно-морского министерства, занимаясь глубоководными минами. По окончании войны, продолжая работу в этом ведомстве, познакомился с книгой видного австрийского ученого Эрвина Шредингера «Что такое жизнь? Физические аспекты живой клетки» (1944), в которой пространственно-временные события, происходящие в живом организме, объяснялись с позиции физики и химии. Идеи, изложенные в книге, настолько повлияли на Крика, что он, намереваясь заняться физикой частиц, переключился на биологию.
Получив стипендию Совета по медицинским исследованиям, Крик в 1947 году начал работать в Стрэнджвейской лаборатории в Кембридже, где он изучал биологию, органическую химию и методы рентгеновской дифракции, используемые для определения пространственной структуры молекул. Его познания в биологии значительно расширились после перехода в 1949 в знаменитую Кавендишскую лабораторию в Кембридже – один из мировых центров молекулярной биологии, где под руководством видного биохимика Макса Фердинанда Перуца Фрэнсис Крик исследовал молекулярную структуру белков. Он пытался найти химическую основу генетики, которая, как он предполагал, могла быть заложена в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК).
Процесс научного исследования глубоко интимен: иногда мы сами не знаем, что мы делаем.
Крик Френсис Харри Комптон
В этот же период одновременно с Криком в той же области работали и другие ученые. В 1950 американский биолог Эрвин Чаргафф из Колумбийского университета пришел к выводу, что ДНК включает равные количества четырех азотистых оснований - аденина, тимина, гуанина и цитозина. Английские коллеги Крика М. Уилкинс и Р. Франклин из Кингс-колледжа Лондонского университета провели рентгеновские дифракционные исследования молекул ДНК.
В 1951 году Ф. Крик начал совместные исследования с молодым американским биологом Дж. Уотсоном в Кавендишской лаборатории. Основываясь на ранних исследованиях Чаргаффа, Уилкинса и Франклин, Крик и Уотсон, разрабатывая в течение двух лет пространственную структуру молекулы ДНК, сконструировали ее модель из шариков, кусков проволоки и картона. Согласно их модели ДНК
В нуклеотидной последовательности ДНК записана (кодирована) генетическая информация о всех признаках вида и особенностях особи (индивидуума) - ее генотип. ДНК регулирует биосинтез компонентов клеток и тканей, определяет деятельность организма в течение всей его жизни. представляет собой двойную спираль, состоящую из двух цепей моносахарида и фосфата, соединенных парами оснований внутри спирали, причем аденин соединяется с тимином, а гуанин – с цитозином, а основания друг с другом – водородными связями. Модель Уотсона–Крика позволила другим исследователям отчетливо представить процесс синтеза ДНК. Две цепи молекулы разделяются в местах водородных связей наподобие открытия застежки-молнии, после чего на каждой половине прежней молекулы ДНК происходит синтез новой. Последовательность оснований действует как матрица или образец для новой молекулы.
В 1953 ujle создание модели ДНК было ими завершено, и Фрэнсис Крик был удостоен степени доктора философии в Кембридже, защитив диссертацию, посвященную рентгеновскому дифракционному анализу структуры белка. В 1954 году он занимался расшифровкой генетического кода. Будучи изначально теоретиком, Крик начал совместно с С. Бреннером изучение генетических мутаций в бактериофагах - вирусах, инфицирующих бактериальные клетки.
Я могу назвать три области науки, в которых наблюдался очень быстрый прогресс. Прежде всего, это молекулярная биология и геология, которые получили взрывоподобное развитие за последние 15–20 лет. Третья область - астрономия, в которой наиболее важным событием было создание радиотелескопов. Именно с их помощью удалось открыть многие непредвиденные и важные явления во Вселенной, такие, как пульсары, квазары и «черные дыры».
Крик Френсис Харри Комптон
К 1961 году были открыты три типа рибонуклеиновой кислоты (РНК): информационная, рибосомальная и транспортная. Крик и его коллеги предложили способ считывания генетического кода. В соответствии с теорией Крика информационная РНК получает генетическую информацию с ДНК в ядре клетки и переносит ее к рибосомам - местам синтеза белков в цитоплазме клетки. Транспортная РНК переносит в рибосомы аминокислоты. Информационная и рибосомная РНК, взаимодействуя друг с другом, обеспечивают соединение аминокислот для образования молекул белка в правильной последовательности. Генетический код составляют триплеты азотистых оснований ДНК и РНК для каждой из 20 аминокислот. Гены состоят из многочисленных основных триплетов, которые Крик назвал кодонами, они одинаковы у различных видов.
В 1962 году Крик, Уилкинс и Уотсон были удостоены Нобелевской премии «за открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живых системах». В год получения Нобелевской премии Крик стал заведующим биологической лаборатории Кембриджского университета и иностранным членом Совета Солковского института в Сан-Диего (штат Калифорния). В 1977 году, перебравшись в Сан-Диего, Фрэнсис Крик обратился к исследования в области нейробиологии, в частности, механизмов зрения и сновидений.
В своей книге «Жизнь как она есть: ее происхождение и природа» (1981) ученый отмечал удивительное сходство всех форм жизни. Ссылаясь на открытия в молекулярной биологии, палеонтологии и космологии, он предположил, что жизнь на Земле могла произойти от микроорганизмов, которые были рассеяны по всему пространству с другой планеты. Эту теорию он и его коллега Л. Оргел назвали «непосредственной панспермией».
Крик Френсис прожил долгую жизнь, он скончался 30 июля 2004 года, в Сан-Диего, США, в возрасте 88 лет.
Еще при жизни Крик был удостоен многочисленных премий и наград (премии Ш. Л. Майера Французской академии наук, 1961 год; научной премии Американского исследовательского общества, 1962; Королевской медали, 1972; медали Джона Синглтона Копли Королевского общества, 1976).
Фрэнсис Крик - цитаты
Каждый раз, когда я пишу работу о происхождении жизни, я решаю, что никогда не буду писать еще одну...
Процесс научного исследования глубоко интимен: иногда мы сами не знаем, что мы делаем.
Я могу назвать три области науки, в которых наблюдался очень быстрый прогресс. Прежде всего, это молекулярная биология и геология, которые получили взрывоподобное развитие за последние 15–20 лет. Третья область - астрономия, в которой наиболее важным событием было создание радиотелескопов. Именно с их помощью удалось открыть многие непредвиденные и важные явления во Вселенной, такие, как пульсары, квазары и «черные дыры».
Двойной спирали ДНК 50 лет!
В субботу 28 февраля 1953 г. двое молодых ученых, Дж.Уотсон и Ф.Крик, в небольшой закусочной Eagle в Кембридже объявили толпе пришедших на ленч людей, что они открыли секрет жизни. Много лет спустя Одиль, жена Ф.Крика, сказала, что она, конечно, не поверила ему: приходя домой, он часто заявлял что-нибудь в этом роде, но потом оказывалось, что это ошибка. На этот раз ошибки не было, и с этого заявления началась революция в биологии, которая продолжается и по сей день.
25 апреля 1953 г. в журнале Nature появились сразу три статьи по структуре нуклеиновых кислот. В одной из них, написанной Дж.Уотсоном и Ф.Криком, была предложена структура молекулы ДНК в виде двойной спирали. В двух других, написанных М.Вилкинсом, А.Стоксом, Г.Вилсоном, Р.Франклин и Р.Гослингом, были приведены экспериментальные данные, подтверждающие спиральную структуру молекул ДНК. История открытия двойной спирали ДНК напоминает приключенческий роман и заслуживает хотя бы краткого изложения.
Важнейшие представления о химической природе генов и матричном принципе их воспроизводства были впервые четко сформулированы в 1927 г. Н.К. Кольцовым (1872–1940). Его ученик Н.В. Тимофеев-Ресовский (1900–1981) воспринял эти идеи и развил их как принцип конвариантной редупликации генетического материала. Немецкий физик Макс Дельбрюк (1906–1981; Нобелевская премия 1969 г.), работавший в середине 1930-х гг. в Химическом институте кайзера Вильгельма в Берлине, под влиянием Тимофеева-Ресовского заинтересовался биологией настолько, что бросил физику и стал биологом.
В течение долгого времени, в полном соответствии с определением жизни, данным Энгельсом, биологи считали, что наследственным веществом являются какие-то особые белки. О том, что нуклеиновые кислоты могут иметь к генам какое-то отношение, никто и не думал – слишком уж они казались простыми. Так продолжалось до 1944 г., когда было сделано открытие, коренным образом изменившее все дальнейшее развитие биологии.
В этом году была опубликована
статья Освальда Эйвери, Колина Маклеода и
Маклина Маккарти о том, что у пневмококков
наследуемые свойства передаются от одних
бактерий другим с помощью чистой ДНК, т.е. именно
ДНК является веществом наследственности. Затем
Маккарти и Эйвери показали, что обработка ДНК
расщепляющим ее ферментом (ДНКазой) приводит к
потере ею свойств гена. До сих пор непонятно,
почему это открытие осталось не отмеченным
Нобелевской премией.
Незадолго до того, в 1940 г., Л.Полинг (1901–1994; Нобелевские премии 1954 и 1962 гг.) и М.Дельбрюк разработали концепцию молекулярной комплементарности в реакциях антиген-антитело. В те же годы Полинг и Р.Кори показали, что полипептидные цепи могут образовывать спиральные структуры, а несколько позже, в 1951 г., Полинг разработал теорию, позволявшую предсказывать виды рентгенограмм для различных спиральных структур.
После открытия Эйвери с соавторами, несмотря на то, что сторонников теории белковых генов оно не убедило, стало ясно, что необходимо определить структуру ДНК. Среди понявших значение ДНК для биологии началась гонка за результатами, сопровождавшаяся жесткой конкуренцией.
Рентгеновская установка, применявшаяся в 1940-х гг. для изучения кристаллической структуры аминокислот и пептидов
В 1947–1950 гг. Э.Чаргафф на основании многочисленных экспериментов установил правило соответствия между нуклеотидами в ДНК: количества пуриновых и пиримидиновых оснований одинаковы, причем количество адениновых оснований равно количеству тиминовых, а количество гуаниновых оснований – количеству цитозиновых.
Первые структурные работы (С.Ферберг, 1949, 1952) показали, что ДНК имеет спиральную структуру. Имея огромный опыт определения структуры белков по рентгенограммам, Полинг без сомнения мог бы быстро решить проблему структуры ДНК, будь у него сколько-нибудь приличные рентгенограммы. Однако их не было, а по тем, что ему удалось получить, не удавалось сделать однозначный выбор в пользу одной из возможных структур. В результате, торопясь опубликовать результат, Полинг выбрал неверный вариант: в статье, опубликованной в начале 1953 г., он предложил структуру в виде трехнитчатой спирали, в которой фосфатные остатки образуют жесткую сердцевину, а азотистые основания расположены на периферии.
Много лет спустя, вспоминая историю открытия структуры ДНК, Уотсон заметил, что «Лайнус [Полинг] не заслуживал того, чтобы угадать правильное решение. Он не читал статей и ни с кем не разговаривал. Более того, он даже забыл собственную статью с Дельбрюком, в которой говорится о комплементарности репликации генов. Он думал, что сможет определить структуру только потому, что такой умный».
Когда Уотсон и Крик начали работу над структурой ДНК, уже многое было известно. Оставалось получить надежные рентгеноструктурные данные и интерпретировать их на основании уже имевшихся тогда сведений. Как все это происходило, хорошо описано в известной книге Дж.Уотсона «Двойная спираль», хотя многие факты в ней изложены весьма субъективно.
Дж.Уотсон и Ф.Крик на пороге великого открытия
Конечно, для того, чтобы построить модель двойной спирали, нужны были обширные знания и интуиция. Но не будь совпадения нескольких случайностей, модель могла появиться несколькими месяцами позже, а ее авторами могли быть другие ученые. Вот несколько примеров.
Розалинда Франклин (1920–1958), работавшая с М.Вилкинсом (Нобелевская премия 1962 г.) в Кингс-колледже (Лондон), получила высочайшего качества рентгенограммы ДНК. Но работа эта ее интересовала мало, она считала ее рутинной и не спешила делать выводы. Этому способствовали ее плохие отношения с Вилкинсом.
В самом начале 1953 г. Вилкинс без ведома Р.Франклин показал Уотсону ее рентгенограммы. Кроме того, в феврале того же года Макс Перутц показал Уотсону и Крику годовой отчет Совета по медицинским исследованиям с обзором работ всех ведущих сотрудников, включая Р.Франклин. Этого оказалось достаточно, чтобы Ф.Крик и Дж.Уотсон смогли понять, как должна быть устроена молекула ДНК.
Рентгенограмма ДНК, полученная Р.Франклин
В статье Вилкинса с соавторами, опубликованной в том же номере Nature , что и статья Уотсона и Крика, показано, что, судя по рентгенограммам, структура ДНК из разных источников примерно одинакова и представляет собой спираль, у которой азотистые основания расположены внутри, а фосфатные остатки снаружи.
Статья Р.Франклин (с ее студентом Р.Гослингом) была написана в феврале 1953 г. Уже в начальном варианте статьи она описала структуру ДНК в виде двух коаксиальных и сдвинутых друг относительно друга вдоль оси спиралей с азотистыми основаниями внутри и фосфатами снаружи. По ее данным, шаг спирали ДНК в форме В (т.е. при относительной влажности >70%) составлял 3,4 нм, и на один виток приходилось 10 нуклеотидов. В отличие от Уотсона и Крика, Франклин не строила моделей. Для нее ДНК была не более интересным объектом исследования, чем каменный уголь и углерод, которыми она занималась во Франции до приезда в Кингс-колледж.
Узнав о модели Уотсона–Крика, она от руки дописала в окончательном варианте статьи: «Таким образом, наши общие представления не противоречат модели Уотсона и Крика, приведенной в предыдущей статье». Что и не удивительно, т.к. эта модель была основана на ее экспериментальных данных. Но ни Уотсон, ни Крик, несмотря на самые дружеские отношения с Р.Франклин, никогда не говорили ей того, что спустя годы после ее смерти много раз повторяли публично, – что без ее данных они никогда не смогли бы построить свою модель.
Р.Франклин (крайняя слева) на встрече с коллегами в Париже
Р.Франклин умерла от рака в 1958 г. Многие считают, что, доживи она до 1962 г., Нобелевскому комитету пришлось бы нарушить свои строгие правила и вручить премию не трем, а четырем ученым. В знак признания заслуг ее и Вилкинса, одно из зданий в Кингс-колледже назвали «Франклин–Вилкинс», навсегда соединив имена людей, которые друг с другом почти не разговаривали.
При знакомстве со статьей Уотсона и Крика (она приведена ниже) удивляют ее малый объем и лапидарный стиль. Авторы прекрасно понимали значение своего открытия и, тем не менее, ограничились лишь описанием модели и кратким указанием, что «из постулированного … специфического образования пар сразу же следует возможный механизм копирования генетического материала». Сама модель взята как будто «с потолка» – нет никаких указаний на то, как она была получена. Не приведены ее структурные характеристики, за исключением шага и числа нуклеотидов на шаг спирали. Образование пар также описано нечетко, т.к. в то время использовались две системы нумерации атомов в пиримидинах. Статья иллюстрирована лишь одним рисунком, сделанным женой Ф.Крика. Однако для обычных биологов перегруженные кристаллографическими данными статьи Вилкинса и Франклин были трудны для восприятия, а статью Уотсона и Крика поняли все.
Позже и Уотсон, и Крик признавали, что просто боялись в первой же статье излагать все детали. Это было сделано во второй статье, озаглавленной «Генетические следствия из структуры ДНК» и напечатанной в Nature 30 мая того же года. В ней приведены обоснования модели, все размеры и детали структуры ДНК, схемы образования цепей и спаривания оснований, обсуждены различные следствия для генетики. Характер и тон изложения говорят о том, что авторы вполне уверены в своей правоте и важности своего открытия. Правда, пару Г–Ц они соединили только двумя водородными связями, но уже через год в методической статье указали, что возможны три связи. Вскоре и Полинг подтвердил это расчетами.
Открытие Уотсона и Крика показало, что генетическая информация записана в ДНК четырехбуквенным алфавитом. Но потребовалось еще 20 лет на то, чтобы научиться ее читать. Сразу же встал вопрос о том, каким должен быть генетический код. Ответ на него в 1954 г. предложил физик-теоретик Г.А. Гамов*: информация в ДНК кодируется триплетами нуклеотидов – кодонами. Это было подтверждено экспериментально в 1961 г. Ф.Криком и С.Бреннером. Затем в течение 3–4 лет в работах М.Ниренберга (Нобелевская премия 1965 г.), С.Очоа (Нобелевская премия 1959 г.), Х.Кораны (Нобелевская премия 1965 г.) и др. было определено соответствие между кодонами и аминокислотами.
В середине 1970-х гг. Ф.Сэнгер (р. 1918;
Нобелевские премии 1958 и 1980 гг.), также
работавший в Кембридже, разработал метод
определения последовательностей нуклеотидов в
ДНК. Сэнгер использовал его для определения
последовательности 5386 оснований, составляющих
геном бактериофага jХ174. Однако геном этого фага
– редкое исключение: он представляет собой
одноцепочечную ДНК.
Настоящая эра геномов началась в мае 1995 г.,
когда Дж.К. Вентер объявил о расшифровке
первого генома одноклеточного организма –
бактерии Haemophilus influenzae
. Сейчас расшифрованы
геномы около 100 различных организмов.
Еще недавно ученые думали, что всё в
клетке определяется последовательностью
оснований в ДНК, однако жизнь, по-видимому,
гораздо сложнее.
Теперь хорошо известно, что ДНК нередко имеет
форму, отличную от двойной спирали
Уотсона–Крика. Более 20 лет назад в
лабораторных экспериментах была обнаружена так
называемая Z-спиральная структура ДНК. Это тоже
двойная спираль, но закрученная в другую сторону
по сравнению с классической структурой. До
недавнего времени считалось, что Z-ДНК не имеет
отношения к живым организмам, но недавно группа
исследователей из Национальных институтов
сердца, легких и крови (США) обнаружила, что один
из генов иммунной системы активируется только
тогда, когда часть его регуляторной
последовательности переходит в Z-форму. Теперь
предполагается, что временное образование
Z-формы может быть необходимым звеном в регуляции
экспресии многих генов. Обнаружено, что в
некоторых случаях вирусные белки связываются с
Z-ДНК и приводят к повреждению клеток.
Кроме спиральных структур ДНК может образовывать хорошо известные скрученные кольца у прокариот и некоторых вирусов.
В прошлом году С.Найдл из Института исследований рака (Лондон) обнаружил, что нерегулярные концы хромосом – теломеры, представляющие собой одиночные цепи ДНК, – могут складываться в очень регулярные структуры, напоминающие пропеллер). Сходные структуры были обнаружены и в других участках хромосом и получили название G-квадруплексов, поскольку образуются участками ДНК, богатыми гуанином.
По-видимому, такие структуры способствуют стабилизации участков ДНК, на которых они образуются. Один из G-квадруплексов был обнаружен непосредственно рядом с геном c-MYC , активация которого вызывает рак. В этом случае он может предотвращать связывание с ДНК белков – активаторов гена, и исследователи уже начали поиск препаратов, стабилизирующих структуру G-квадруплексов, в надежде, что они помогут в борьбе с раком.
В последние годы была обнаружена не только способность молекул ДНК к формированию структур, отличных от классической двойной спирали. К удивлению ученых, в ядре клетки молекулы ДНК находятся в непрерывном движении, как бы «танцуют».
Давно известно, что ДНК образует комплексы с белками-гистонами в ядре с протамином в сперматозоидах. Однако эти комплексы считались прочными и статичными. С помощью современной видеотехники удалось заснять динамику этих комплексов в реальном времени. Оказалось, что молекулы ДНК постоянно образуют мимолетные связи друг с другом и с разнообразными белками, которые, как мухи, вьются вокруг ДНК. Некоторые белки движутся с такой скоростью, что от одной стороны ядра до другой проходят за 5 с. Даже гистон Н1, наиболее прочно связанный с молекулой ДНК, каждую минуту диссоциирует и снова связывается с ней. Это непостоянство связей помогает клетке регулировать активность своих генов – ДНК постоянно проверяет наличие в своем окружении факторов транскрипции и других регуляторных белков.
Ядро, которое считалось довольно статическим образованием – хранилищем генетической информации, – на самом деле живет бурной жизнью, и от того, какова хореография его компонентов, во многом зависит благополучие клетки. Некоторые болезни человека могут быть вызваны нарушениями координации этих молекулярных танцев.
Очевидно, что при такой организации жизни ядра его разные участки неравноценны – наиболее активные «танцоры» должны быть ближе к центру, а наименее активные – к стенкам. Так оно и оказалось. Например, у человека хромосома 18, в которой всего несколько активных генов, всегда находится вблизи границы ядра, а набитая активными генами хромосома 19 – всегда вблизи его центра. Более того, движение хроматина и хромосом и даже просто взаимное расположение хромосом, по-видимому, влияет на активность их генов. Так, близкое расположение хромосом 12, 14 и 15 в ядрах клеток лимфомы мыши считают фактором, способствующим превращению клетки в раковую.
Прошедшие полвека в биологии стали эрой ДНК – в 1960-х гг. расшифрован генетический код, в 1970-х гг. получены рекомбинантные ДНК и разработаны методы секвенирования, в 1980-х гг. разработана полимеразная цепная реакция (ПЦР), в 1990 г. начат проект «Геном человека». Один из друзей и коллег Уотсона, У.Гилберт, считает, что традиционная молекулярная биология умерла – теперь все можно выяснить, изучая геномы.
Ф.Крик среди сотрудников лаборатории молекулярной биологии в Кембридже
Сейчас, просматривая статьи Уотсона и Крика 50-летней давности, удивляешься, как много из предположений оказались верными или близкими к истине – ведь у них не было почти никаких экспериментальных данных. Что касается самих авторов, пятидесятилетие открытия структуры ДНК оба ученых встречают, активно работая теперь уже в разных областях биологии. Дж.Уотсон был одним из инициаторов проекта «Геном человека» и продолжает работать в области молекулярной биологии, а Ф.Крик в начале 2003 г. опубликовал статью о природе сознания.
Дж.Д. Уотсон,
|
* Георгий Антонович Гамов (1904–1968, эмигрировал в США в 1933 г.) – один из крупнейших ученых XX в. Он автор теории тета-распада и туннельного эффекта в квантовой механике; жидко-капельной модели атомного ядра – основы теорий ядерного распада и термоядерных реакций; теории внутренней структуры звезд, показавшей, что источником солнечной энергии являются термоядерные реакции; теории «Большого взрыва» в эволюции Вселенной; теории реликтового излучения в космологии. Хорошо известны его научно-популярные книги, такие как серия книг о мистере Томпкинсе («Мистер Томпкинс в Стране чудес», «Мистер Томпкинс внутри себя» и др.), «Раз, два, три… бесконечность», «Планета под названием Земля» и др.
Проф. Дулуман Е.К.
Нобелевский лауреат Фрэнсис КРИК и атеизм
(До 50-летия открытия ДНК )
If revealed religions
have revealed anything
it is that they
are usually wrong.
(Если религии Откровения ,
что-то там открывают,
то эти откровения, обыкновенно,
оказываются лживыми )
Френсис Крик
Фрэнсис Крик
В 2003 году мировая научная общественность отметила 50-летие открытие структуры ДНК. Российская Академия наук к этому знаменательному событию посвятила весь шестой выпуск «ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК» за 2003 год, празднично назвав его: К 50-ЛЕТИЮ ОТКРЫТИЯ СТРУКТУРЫ ДНК.
С обстоятельными аналитическими и информационными статьями выступили ведущие и всемирно известные наши академики: Л.Л. Киселев, "Юбилей самой главной молекулы" ; Е. Д. Свердлов, "Великое открытие: революция, канонизация, догмы и ересь" ; В. Л. Карпов, "ДНК, хроматин, гистоновый код" . «Кликнув» мышкой по названием этих статей, вы получите возможность познакомится с полными текстами их авторов.
Академик Л.Л. Киселев пишет:
За открытие структуры ДНК Уотсону и Крику в 1962 году была присуждена Нобелевская премия.
После прочтения статей в академического вестника я вспомнил прочитанные раньше атеистические статьи и высказывания Фрэнсиса Харри Комптона Крика (Francis Harry Compton Crick) и его биографию под интригующим, если не сказать странным, названием: «What Mad Pursuit », что можно перевести как «Что ищет сумасшедший ». Можно перевести и по-другому, поскольку слово «mad» может означать и «пристрастный», и «самозабвенный», и «влюбленный», и «безумный», а слово «Pursuit» -«преследовать», «убеждать», «пребывать в поисках». Впрочем, при чтении автобиографии Крика создается впечатление, что он употребил слово «mad» в отклик на Библейское обвинение атеиста в безумии: «Рече безумец в сердце своем: Бога - нет» (Псалом 13:1; 52:2). В этом месте английские переводы Библии безумца называют именно словом «mad».
В автобиографии «What Mad Pursuit » есть специальная глава, которую Крик назвал: «How I Got Inclined Towards Atheism» («Почему я склонился к атеизму»). У нас нет возможности пересказать все интересные и неповторимые мысли великого ученого об атеистическом и религиозном мировоззрении. Приведем только три наиболее представительные, по нашему мнению, цитаты это величайшего учёного и убеждённого атеиста..
«Одних знаний истинного возраста земли, о чем убедительно свидетельствуют геологические отложения, окаменелости растений и животных, не позволяют интеллигентному уму верить буквально, подобно религиозным фундаменталистам, во все то, что пишется в Библии. И если некоторые сообщения Библии явно ложны, то на основании чего другие библейские сказания должны приниматься за правду ?»
«Христианские религиозные верования во время их формирования, возможно, отвечали не только воображению верующих, но и уровню знаний той эпохи. Но, как бы это не было прискорбно, последующие научные открытия не только решительно опровергли христианские верования, но и выставили их в неприглядном свете. Что может быть более глупым, чем обосновывать образ жизни современного человека сплошь ошибочными идеями только на основании того, что они, эти идеи, когда-то считались истинными? И что может быть более важным, чем найти свое истинное место во Вселенной, устраняя одно за другим эти порочные остатки более ранних верований? Но все же ясно, что ряд тайн ещё ждут своего научного объяснения. До тех пор, пока они не объяснены, они могут служить прибежищем для всякого рода религиозных суеверий.
Для меня делом первостепенной важности было стремление идентифицировать еще непонятые области знания в биологии, достичь их подлинного научного понимания. Только таким образом можно было подтвердить или опровергнуть религиозные верования ».
* * *
«Поразительная гипотеза состоит в том, что ваши радости и печали, ваши воспоминания и амбиции, ваше чувство собственного «Я» и свобода воли - все это фактически не более чем проявление деятельности огромного комплекса нервных клеток и связанных с ними молекул. Как выразила бы это Алиса из сказок Льюиса Кэрролла, вы просто мешок нейронов ».
«Религии Откровения» - это Иудаизм, Христианство и Ислам, которые считают, что содержание их верования Открыто им Богом в тексте Библии...
(англ. Francis Crick) родился , 8 июня в Нортгемптон , Англия; умер в возрасте 88 лет
Джеймс Уотсон - пионер молекулярной биологии, который, наряду с Фрэнсисом Криком и Морисом Уилкинсом, считается первооткрывателем двойной спирали ДНК. В 1962 году за свою работу они стали лауреатами Нобелевской премии по медицине.
Джеймс Уотсон: биография
Родился в Чикаго, США, 6 апреля 1928 года. Учился в школе имени Хораса Манна, а затем в средней школе Саут-Шора. В возрасте 15 лет поступил в университет Чикаго по экспериментальной программе стипендий для одаренных детей. Интерес к жизни птиц привел Джеймса Уотсона к изучению биологии, и в 1947 году ему была присвоена степень бакалавра наук в области зоологии. После прочтения эпохальной книги Эрвина Шредингера «Что такое жизнь?» он переключился на генетику.
Получив отказ в Калифорнийском технологическом институте и Гарварде, Джеймс Уотсон выиграл стипендию для поступления в аспирантуру в университете Индианы. В 1950 году за работу о воздействии рентгеновского излучения на размножение вирусов-бактериофагов ему была присвоена докторская степень по зоологии. Из Индианы Уотсон переехал в Копенгаген и продолжил изучение вирусов в качестве сотрудника Национального исследовательского совета.
Разгадать ДНК!
После посещения нью-йоркской лаборатории в Колд-Спринг-Харборе, где он ознакомился с результатами исследований Херши и Чейза, Уотсон пришел к убеждению, что ДНК является молекулой, которая отвечает за передачу генетической информации. Он увлекся мыслью о том, что если понять ее структуру, то можно установить, как данные передаются между клетками. Исследования вирусов уже не интересовали его так сильно, как это новое направление.
Весной 1951 года на конференции в Неаполе он познакомился с Морисом Уилкинсом. Последний демонстрировал результаты первых попыток применения рентгеновской дифракции для съемки молекулы ДНК. Уотсон, взволнованный данными Уилкинса, осенью прибыл в Великобританию. Он устроился в Кавендишскую лабораторию, где начал сотрудничать с Фрэнсисом Криком.
Первые попытки
В попытке разгадать молекулярную структуру ДНК Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик решили использовать подход, базировавшийся на построении моделей. Оба были убеждены, что разгадка ее строения будет играть ключевую роль в понимании передачи генетической информации от родительских к дочерним клеткам. Биологи осознавали, что открытие структуры ДНК будет крупнейшим научным прорывом. В то же время они были осведомлены о существовании конкурентов среди других ученых, таких как Лайнус Полинг.
Крик и Джеймс Уотсон ДНК моделировали с большим трудом. Никто из них не имел химического образования, поэтому они использовали стандартные учебники по химии, чтобы вырезать картонные конфигурации химических связей. Приглашенный аспирант отметил, что, согласно новым данным, отсутствующим в книгах, одни из его картонных химических связей использовались в обратном направлении. Примерно в то же время Уотсон посетил лекцию Розалинд Франклин в соседнем Королевском колледже. Видимо, он не очень внимательно слушал.
Непростительная ошибка
В результате ошибки первая попытка ученых построить модель ДНК потерпела провал. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик построили тройную спираль с основаниями азота на внешней стороне структуры. Когда они представили модель коллегам, Розалинд Франклин подвергла ее жесткой критике. Результаты ее исследований ясно доказывали существование двух форм ДНК. Более влажная из них соответствовала той, которую пытались построить Уотсон и Крик, но они создали модель ДНК без присутствовавшей в ней воды. Франклин отметила, что если бы ее работы были правильно истолкованы, то основания азота располагались бы внутри молекулы. Чувствуя неловкость от такого публичного провала, директор Кавендишской лаборатории рекомендовал исследователям отказаться от их подхода. Ученые официально занялись другими направлениями, но в частном порядке продолжали думать о проблеме ДНК.
Подсмотренное открытие
Уилкинс, работавший в Королевском колледже с Франклин, находился с ней в личном конфликте. Розалинд была так несчастлива, что приняла решение перенести свои исследования в другое место. Непонятно как, но Уилкинс получил в свое распоряжение один из ее лучших рентгеновских снимков молекулы ДНК. Возможно, она даже сама дала ему его, когда проводила чистку своего офиса. Но определенно, что он вынес изображение из лаборатории без разрешения Франклин и показал его своему приятелю Уотсону в Кавендише. Впоследствии в своей книге «Двойная спираль» тот писал, что в миг, когда он увидел снимок, у него отвисла челюсть и участился пульс. Все было невероятно проще, чем полученная ранее А-форма. Кроме того, черный крест отражений, которые доминировали на фото, мог возникнуть только из спиральной структуры.
Лауреат Нобелевской премии
Биологи использовали новые данные для создания двухцепочечной модели спирали с азотистыми основаниями в парах А-Т и C-G в центре. Такое спаривание сразу же подсказало Крику, что одна сторона молекулы может служить шаблоном для точного повторения последовательностей ДНК для передачи генетической информации во время деления клетки. Эта вторая, удачная модель была представлена в феврале 1951 г. В апреле 1953 года они опубликовали свои выводы в журнале Nature. Статья вызвала сенсацию. Уотсон и Крик установили, что ДНК имеет форму двойной спирали, или «винтовой лестницы». Две цепочки в ней отсоединялись, подобно «молнии», и воспроизводили недостающие части. Таким образом каждая молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты способна создать две идентичные копии.
Аббревиатура ДНК и элегантная модель двойной спирали стали известны всему миру. Уотсон и Крик также прославились. Их открытие произвело революцию в изучении биологии и генетики, которая сделала возможными методы генной инженерии, используемые в современной биотехнологии.
Статья в Nature привела к присуждению им и Уилкинсу Нобелевской премии в 1962 г. Правила Шведской академии позволяют награждение не более трех ученых. Розалинд Франклин умерла от рака яичников в 1958 году. Уилкинс упомянул ее мимоходом.
В год получения Нобелевской премии Уотсон женился на Элизабет Льюис. У них родилось двое сыновей: Руфус и Дункан.
Продолжение работы
Джеймс Уотсон продолжал работать со многими другими учеными на протяжении 1950-х годов. Его гений состоял в умении координировать работу разных людей и объединять их результаты для новых выводов. В 1952 году он использовал вращающийся рентгеновский анод, чтобы продемонстрировать спиральное строение вируса табачной мозаики. С 1953 по 1955 гг. Уотсон сотрудничал с учеными из Калифорнийского технологического института для моделирования структуры РНК. С 1955 по 1956 гг. он вновь работал с Криком над раскрытием принципов строения вирусов. В 1956 году переехал в Гарвард, где исследовал РНК и синтез белка.
Скандальная хроника
В 1968 году увидела свет скандальная книга о ДНК, автором которой был Джеймс Уотсон. «Двойная спираль» была полна уничижительных комментариев и злопамятных описаний многих людей, участвовавших в открытии, особенно Розалинд Франклин. Из-за этого издание Harvard Press отказалось печатать книгу. Тем не менее произведение было опубликовано и имело большой успех. В более поздней редакции Уотсон извинился за свою трактовку Франклин, заявив, что он не знал о том давлении, с которым она столкнулась в 1950 годах как женщина-исследователь. Наибольшую прибыль он получил от издания двух учебников - «Молекулярная биология гена» (1965) и «Молекулярная биология клетки и рекомбинантных ДНК» (обновленное издание 2002 года), которые до сих пор выходят из печати. В 2007 г. он опубликовал автобиографию «Избегайте скучных людей. Уроки жизни в науке».
Джеймс Уотсон: вклад в науку
В 1968 году он стал директором лаборатории в Колд-Спринг-Харборе. В то время институт испытывал финансовые трудности, но Уотсон оказался очень успешным в поиске доноров. Возглавляемое им учреждение вышло в мировые лидеры по уровню работ в области молекулярной биологии. Ее сотрудники раскрыли природу рака и впервые обнаружили его гены. Каждый год в Колд-Спринг-Харбор приезжают более 4000 ученых со всего мира - так глубоко влияние Института международных генетических исследований.
В 1990 году Уотсон был назначен руководителем проекта «Геном человека» Национального института здоровья. Он использовал свои способности сбирать средства, чтобы вести данный проект до 1992 года. Он ушел из-за конфликта по поводу патентования генетической информации. Джеймс Уотсон считал, что это только помешает исследованиям ученых, работающих над проектом.
Спорные высказывания
Его пребывание в Колд-Харборе закончилось внезапно. 14 октября 2007 года по дороге на конференцию в Лондон его спросили о событиях в мире. Джеймс Уотсон, ученый с мировым именем, ответил, что омрачен перспективами Африки. По его словам, вся современная социальная политика основана на том, что интеллект ее жителей такой же, как у остальных, но результаты тестов говорят о том, что это не так. Он продолжил свою мысль идеей, что прогресс в Африке затрудняется плохим генетическим материалом. Публичный протест против этого высказывания вынудил Колд-Спринг-Харбор просить о его отставке. Ученый позже извинился и отказался от своих высказываний, заявив, что «научных оснований для этого нет». В своей прощальной речи он высказал свое видение, что «окончательная победа (над раком и психическими заболеваниями) находится в пределах нашей досягаемости».
Несмотря на эти неудачи, генетик Джеймс Уотсон продолжает делать спорные заявления и сегодня. В сентябре 2013 года в институте Аллена в Сиэтле на встрече, посвященной изучению мозга, он снова сделал противоречивое заявление о своем убеждении в том, что увеличение диагностируемых наследственных заболеваний может быть связано с более поздним рождением детей. «Чем старше вы становитесь, тем у вас больше шансов, что у вас будут дефектные гены», - сказал Уотсон, также высказав мысль о том, что генетический материал должен собираться у людей не старше 15 лет для дальнейшего зачатия через экстракорпоральное оплодотворение. По его мнению, это бы снизило шансы на то, что жизнь родителей будет испорчена рождением ребенка с физическими или психическими расстройствами.
