Наибольшую известность Крик получил за открытие структуры молекулы ДНК вместе с Джеймсом Уотсоном (James Watson) в 1953-м. Он, Уотсон и Морис Уилкинс (Maurice Wilkins) разделили в 1962-м Нобелевскую премию по физиологии и медицине "за открытия, связанные с молекулярной структурой нуклеиновых кислот и их значением для передачи информации в живой материи".
Фрэнсис Гарри Комптон Крик, первый ребенок Гарри Крика и Энни Элизабет Уилкинс, родился 8 июня 1916-го, в небольшом поселении недалеко от Нортгемптоншира, Англия (Northamptonshire, England). Его дедушка, натуралист-любитель Уолтер Дробридж Крик (Walter Drawbridge Crick), составлял отчеты об исследовании местной фораминиферы и вел переписку с Чарльзом Дарвином (Charles Darwin). В честь его деда даже были названы два представителя класса брюхоногих.
В раннем возрасте Фрэнсиса заинтересовала наука, и он активно черпал знания из книг. Родители водили его в церковь, но ближе к 12 годам мальчик объявил, что отказывается от религиозной веры, чтобы заняться поиском ответов на свои вопросы с научной точки зрения. Позднее он с долей иронии сказал, что взрослые могут хоть сколько обсуждать вопросы христианства, но детей от всего этого надо держать подальше.
В 21 год Крик заработал степень бакалавра в области физики в Университетском колледже Лондона (University College London). Во время Второй мировой он попал в Научно-исследовательскую лабораторию Адмиралтейства, где разрабатывал магнитные и акустические мины и сыграл важную роль в создании новой мины, оказавшейся эффективной против немецких тральщиков.
В 1947-м Крик начал изучать биологию, присоединившись к потоку "ученых-мигрантов", оставляющих свои исследования физики в пользу биологии. Ему пришлось переключиться с "элегантности и глубинной простоты" физики на "сложные химические процессы, развивавшиеся вследствие естественного отбора на протяжении миллиардов лет". Подчеркивая серьезность перехода из одной области в другую, Крик заявил, что "практически родился заново".
Большую часть времени из двух последующих лет работы Фрэнсис уделял изучению физических свойств цитоплазмы в кембриджской Стрейнджуэйской лаборатории (Strangeways Laboratory), возглавляемой Онор Бриджит Фелл (Honor Bridget Fell), пока не начал сотрудничество с Максом Перутцем (Max Perutz) и Джоном Кендрю (John Kendrew) в Кавендишской лаборатории. В конце 1951-го Крик сработался с Джеймсом Уотсоном, с которым в 1953-м опубликовал совместно разработанную модель для спиральной структуры ДНК.
К открытию структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты также был подключен Морис Уилкинс . Он показал Фрэнсису и Джеймсу рентгеновский снимок молекулы ДНК, который сделала его сотрудница Розалинд Франклин (Rosalind Franklin), и после этого ученым удалось объяснить механизмы копирования ДНК. В молекулярной биологии Крик ввел термин "Центральная догма", обобщающий правило реализации генетической информации (ДНК → РНК → белок).
Оставшуюся часть своей карьеры Крик занимал должность профессора Института биологических исследований Дж. Солка в Ла-Хойя, штат Калифорния (La Jolla, California). Его функции ограничивались только научно-исследовательской работой. Более поздние исследования Фрэнсиса были сосредоточены на теоретической нейробиологии и связаны с его желанием продвигать изучение человеческого сознания.
Фрэнсис был дважды женат. У него было трое детей и шестеро внуков. Он умер от рака толстой кишки, случилось это 28 июля 2004-го.
Относясь особенно критично к христианству, Крик как-то сказал: "Я не уважаю христианские верования. Я думаю, они просто нелепы. Если бы мы могли избавиться от них, нам бы было гораздо проще приступить к решению серьезной проблемы определения того, что представляет из себя наш мир".
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.
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
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.
Крик Фрэнсис Харри Комптон был одним из двух молекулярных биологов, которые разгадали тайну структуры носителя генетической информации (ДНК), тем самым положив начало современной молекулярной биологии. После этого фундаментального открытия он внес значительный вклад в понимание генетического кода и работы генов, а также в нейробиологию. Разделил Нобелевскую премию по медицине 1962 г. с Джеймсом Уотсоном и Морисом Уилкинсом за выяснение структуры ДНК.
Фрэнсис Крик: биография
Старший из двух сыновей, Фрэнсис, родился в семье Гарри Крика и Элизабет Энн Уилкинс 8 июня 1916 года в Нортгемптоне, Англия. Он учился в местной гимназии и уже в раннем возрасте увлекся экспериментами, часто сопровождавшимися химическими взрывами. В школе он получил приз за сбор полевых цветов. Кроме того, он был помешан на теннисе, но не сильно интересовался другими играми и видами спорта. В возрасте 14 лет Фрэнсис получил стипендию школы Милл-Хилл на севере Лондона. Четыре года спустя, в 18 лет, он поступил в университетский колледж. К его совершеннолетию родители переехали из Нортгемптона в Милл-Хилл, и это позволило Фрэнсису во время учебы жить дома. Он получил диплом с отличием в области физики.
После бакалавриата Фрэнсис Крик под руководством да Коста Андраде в университетском колледже занимался исследованиями вязкости воды под давлением и при высоких температурах. В 1940 г. Фрэнсис получил гражданскую должность в Адмиралтействе, где работал над проектированием противокорабельных мин. В начале года Крик женился на Рут Дорин Додд. Их сын Майкл родился во время воздушного налета на Лондон 25 ноября 1940 года. К концу войны Фрэнсис был приписан к научной разведке в штаб-квартире британского Адмиралтейства в Уайтхолле, где занимался разработкой оружия.
На грани живого и неживого
Понимая, что ему потребуется дополнительное обучение, чтобы удовлетворить свое желание заняться фундаментальными исследованиями, Крик решил работать над ученой степенью. По его словам, он был очарован двумя областями биологии - границей между живым и неживым и деятельностью головного мозга. Крик выбрал первую, несмотря на то что мало знал о предмете. После предварительных исследований в университетском колледже в 1947 году он остановился на программе в лаборатории в Кембридже под руководством Артура Хьюза, касавшейся работы над физическими свойствами цитоплазмы культуры куриных фибробластов.
Два года спустя Крик присоединился к группе Совета по медицинским исследованиям в Кавендишской лаборатории. В нее вошли британские академики Макс Перуц и Джон Кендрю (будущие Нобелевские лауреаты). Фрэнсис стал с ними сотрудничать якобы для изучения структуры белка, но в действительности для работы с Уотсоном над разгадкой строения ДНК.
Двойная спираль
В 1947 г. Фрэнсис Крик развелся с Дорин и в 1949-ом женился на Одиль Спид, студентке-художнице, с которой он познакомился, когда она служила на флоте во время его службы в Адмиралтействе. Их брак совпал с началом его кандидатской работы по рентгеновской дифрактометрии белков. Это метод изучения кристаллического строения молекул, позволяющий определить элементы их трехмерной структуры.
В 1941 году Кавендишской лабораторией руководил сэр Уильям Лоренс Брэгг, который являлся пионером метода рентгеновской дифракции сорок лет назад. В 1951 г. к Крику присоединился Джеймс Уотсон, приглашенный американец, который учился у итальянского врача Сальвадора Эдварда Лурии и являлся членом группы физиков, изучавших бактериальные вирусы, известные как бактериофаги.
Как и его коллеги, Уотсон был заинтересован в раскрытии состава генов и думал, что разгадка структуры ДНК является наиболее перспективным решением. Неформальное партнерство между Криком и Уотсоном развивалось благодаря схожим амбициям и подобным мыслительным процессам. Их опыт дополнял друг друга. К моменту их первой встречи Крик многое знал о рентгеновской дифракции и структуре белка, а Уотсон был хорошо осведомлен о бактериофагах и бактериальной генетике.
Данные Франклин
Фрэнсис Крик и были осведомлены о работе биохимиков Мориса Уилкинса и из Королевского колледжа в Лондоне, которые с помощью рентгеновской дифракции исследовали строение ДНК. Крик, в частности, призывал лондонскую группу строить модели, подобные тем, которые делал в США для решения проблемы альфа-спирали белка. Полинг, отец концепции химической связи, показал, что протеины обладают трехмерной структурой и не являются просто линейными цепочками аминокислот.
Уилкинс и Франклин, действуя независимо, предпочитали более осознанный экспериментальный подход теоретическому, моделирующему методу Полинга, которого придерживался Фрэнсис. Так как группа в Королевском колледже не реагировала на их предложения, Крик и Уотсон посвятили часть двухлетнего периода обсуждениям и рассуждениям. В начале 1953 г. они начали строить модели ДНК.
Структура ДНК
Используя данные рентгеновской дифракции Франклин, методом многих проб и ошибок они создали модель молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, которая согласовывалась с выводами лондонской группы и данными биохимика Эрвина Чаргаффа. В 1950 г. последний продемонстрировал, что относительное количество четырех нуклеотидов, которые составляют ДНК, следует определенным правилам, одним из которых являлось соответствие количества аденина (А) количеству тимина (Т) и количества гуанина (G) количеству цитозина (C). Такая связь предполагает парность А и Т и G и C, опровергая идею о том, что ДНК - это не более чем тетрануклеотид, то есть простая молекула, состоящая из всех четырех оснований.
Весной и летом 1953 года Уотсон и Крик написали четыре статьи о структуре и предполагаемых функциях дезоксирибонуклеиновой кислоты, первая из которых появилась 25 апреля в журнале Nature. Публикации сопровождались работами Уилкинса, Франклин и их коллег, представивших экспериментальные доказательства модели. Уотсон выиграл жребий и поставил свою фамилию первой, таким образом навсегда связав фундаментальное научное достижение с парой Уотсон-Крик.
Генетический код
В течение следующих нескольких лет Фрэнсис Крик изучал взаимосвязь между ДНК и Его сотрудничество с Верноном Инграмом привело к демонстрации в 1956 г. отличия состава гемоглобина серповидноклеточной анемии от нормального на одну аминокислоту. Исследование представило доказательства того, что генетические заболевания могут быть связаны с отношением ДНК-белок.
Примерно в это же время к Крику в Кавендишской лаборатории присоединился генетик и молекулярный биолог из ЮАР Сидней Бреннер. Они начали заниматься «проблемой кодирования» - определением того, как последовательность оснований ДНК образует последовательность аминокислот в белке. Работа была впервые представлена в 1957 году под названием «О синтезе белка». В ней Крик сформулировал основной постулат молекулярной биологии, согласно которому, информацию, переданную протеину, вернуть уже нельзя. Он прогнозировал механизм синтеза протеина путем передачи информации от ДНК к РНК и от РНК к белку.
Институт Солка
В 1976 году во время отпуска Крику была предложена постоянная должность в Институте биологических исследований Солка в Ла-Хойе, штат Калифорния. Он согласился и всю оставшуюся части своей жизни работал в Институте Солка, в том числе в должности директора. Здесь Крик начал изучать функционирование головного мозга, который интересовал его с самого начала научной карьеры. В основном он занимался сознанием и пытался подойти к этой проблеме через изучение видения. Крик опубликовал несколько спекулятивных работ о механизмах сновидений и внимания, но, как он написал в своей автобиографии, ему еще предстояло произвести на свет какую-либо теорию, которая бы одновременно была новой и убедительно объясняла многие экспериментальные факты.
Интересным эпизодом деятельности в Институте Солка стало развитие его идеи «направленной панспермии». Вместе с Лесли Оргелом он опубликовал книгу, в которой предположил, что микробы витали в космическом пространстве, чтобы в итоге достичь Земли и засеять ее, и что это было сделано в результате действий «кого-то». Так Фрэнсис Крик опроверг теорию креационизма, продемонстрировав, как можно представить спекулятивные идеи.
Награды ученого
За свою карьеру энергичного теоретика современной биологии Фрэнсис Крик собирал, улучшал и синтезировал экспериментальные работы других и привносил свои необычные выводы для решения фундаментальных проблем науки. Его экстраординарные усилия, помимо Нобелевской премии, принесли ему множество наград. К ним относятся премия Ласкера, премия Французской академии наук имени Чарльза Майера и медаль Королевского общества Копли. В 1991-ом он был принят в члены Ордена Заслуг.
Крик умер 28 июля 2004 г. в Сан-Диего в возрасте 88 лет. В 2016 г. на севере Лондона был построен Институт Фрэнсиса Крика. Строение стоимостью 660 млн фунтов стало крупнейшим центром биомедицинских исследований в Европе.
