Джеймс Дьюи Уотсон – американский специалист по молекулярной биологии, генетик и зоолог; более всего известен участием в открытии структуры ДНК в 1953-м. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине.
После успешного окончания Университета Чикаго и Университета Индианы Уотсон некоторое время вел исследования по химии вместе с биохимиком Германом Калькаром (Herman Kalckar) в Копенгагене (Copenhagen). Позже он перебрался в лабораторию Кэвендиша при Университете Кембриджа, где ему впервые довелось встретить его будущего коллегу и товарища Фрэнсиса Крика (Francis Crick).
До идеи двойной спирали ДНК Уотсон и Крик додумались в середине марта 1953-го, изучая собранные Розалинд Франклин (Rosalind Franklin) и Морисом Уилкинсом (Maurice Wilkins) экспериментальные данные. Объявил об открытии сэр Лоуренс Брэгг (Lawrence Bragg), директор лаборатории Кэвендиша; случилось этот на бельгийской научной конференции 8 апреля 1953-го. Важное заявление, впрочем, пресса фактически и не заметила. 25 апреля 1953-го статья об открытии была опубликована в научном журнале "Nature". Другие ученые-биологи и целый ряд нобелевских лауреатов быстро оценили всю монументальность открытия; некоторые даже называли это величайшим научным открытием 20-го века.
В 1962-м Уотсон, Крик и Уилкинс получили за свое открытие Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Четвертая участница проекта, Розалинд Франклин, скончалась в 1958-м и, как следствие, претендовать на премию уже не могла. Уотсон за свое открытие также удостоился монумента в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке; поскольку монументы такие ставятся лишь в честь американских ученых, Крик и Уилкинс остались без памятников.
Уотсона по сей день считают одним из величайших ученых в истории; впрочем, как человека его многие откровенно недолюбливали. Джеймс Уотсон несколько раз становился фигурантом довольно громких скандалов; один из них имел прямое отношение к его работе – дело в том, что в ходе работы над моделью ДНК Уотсон и Крик использовали данные, полученные Розалинд Франклин, без её на то разрешения. С напарником Франклин, Уилкинсом, ученые работали довольно активно; сама же Розалинд, вполне возможно, так до конца жизни и могла и не узнать, насколько важную роль её эксперименты сыграли в понимании структуры ДНК.
С 1956-го по 1976-й Уотсон работал на факультете биологии Гарварда; интересовала его в этот период преимущественно биология молекулярная.
В 1968-м Уотсон получил место директора в лаборатории "Cold Spring Harbor" в Лонг-Айленде, Нью-Йорк (Long Island, New York); стараниями его в лаборатории изрядно поднялся уровень качества исследовательской работы, да и финансирование заметно улучшилось. Сам Уотсон в этот период занимался преимущественно исследованиями рака; попутно он сделал подвластную ему лабораторию одним из лучших в мире центров молекулярной биологии.
В 1994-м Уотсон стал президентом исследовательского центра, в 2004-м – ректором; в 2007-м он оставил занимаемую должность после довольно непопулярных высказываний о существовании связи между уровнем интеллекта и происхождением.
Лучшие дня
| Трехкратный чемпион Посетило:206 |
Звезда «Камеди Клаб» Посетило:109 |
Лика Стар |
, 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».
Открытия о существование дублированной спирали ДНК оказалось переломным моментом в биологии. Сделали его англичанин Френсис Крик и американец Джеймс Уотсон. В 1962 году ученым была вручена Нобелевская премия.
Их относят к числу самых умных людей на планете. Крик сделал множество открытий в различных областях, не ограничиваясь генетикой. Уотсон рядом высказываний заработал себе дурную славу, но это больше характеризует его как неординарную личность.
Детство
Фрэнсис Крик родился в 1916 году в Англии в Нортхемптоне. Его отец был преуспевающим бизнесменом и имел обувную фабрику. Он ходил в обычную среднюю школу. После войны доходы в семье значительно сократились, глава решил перевести семью в Лондон. Френсис окончил школу Милл-Хилл, где увлекался математикой, физикой и химией. Позже он отучился в Лондонском университетском колледже и признан бакалавром естественных наук.
Тогда на другом континенте появился на свет его будущий коллега – Джеймс Уотсон. С детства он отличался от обычных детей, уже тогда Джеймсу пророчили светлое будущее. Родился он в Чикаго в 1928 году. Родители окружили его любовью и радостью.
Учитель в первом классе отметил его ум, несоответствующий возрасту. После 3-го класса он принял участи в интеллектуальной викторине для детей по радио. Уотсон показал потрясающие способности. Позже его пригласят в Чикагский четырехгодичный университет, где он увлечется орнитологией. Имея диплом бакалавра, юноша решает продолжить обучение в университете Блумингтона в Индиане.
Интерес к наукам
В Индианском университет Уотсон занимается генетикой и попадает в поле зрения биолога Сальвадора Лаурия и блестящего генетика Дж. Меллера. Результатом сотрудничества стала диссертация о влиянии рентгеновских лучей на бактерии и вирусы. После блестящей защиты Джеймс Уотсон становится доктором наук.
Дальнейшие исследования бактериофагов будет происходить в далекой Дании – Копенгагенском университете. Ученый активно работает над составлением модели ДНК и изучением ее свойств. Его коллегой является талантливый биохимик Герман Калькаром. Однако судьбоносная встреча с Фрэнсисом Криком произойдет в Университете Кембриджа. Начинающий ученый Уотсон, которому только 23 года, пригласит Френсиса в свою лабораторию для совместной работой.
До Второй мировой войны Крик изучал вязкость воды в различных состояниях. Позже ему пришлось работать на Военно-морское министерство – разрабатывает мины. Переломным моментом станет прочтение книги Э.Шредингера. Идеи автора подтолкнули Френсиса к изучению биологии. С 1947 года он работает в лаборатории Кембриджа, изучая рентгеновскую дифракцию, органическую химию и биологию. Его руководителем стал Макс Перуц, изучающий структуру белков. У Крика появляется интерес к определению химической основы генетического кода.
Расшифровка ДНК
Весной 1951 года в Неаполе проходил симпозиум, где Джеймс знакомится с английскими ученым Морисом Уилкинсом и исследовательницей Розалин Франклин, которые также проводят анализ ДНК. Они определили, что строение клетки схоже с винтовой лестницей – имеет двойную форму спирали. Их экспериментальные данные подтолкнули Уотсона и Крика к дальнейшим исследованиям. Они решают определить состав нуклеиновых кислот и добиваются необходимого финансирования — субсидии от Национального общества по изучению детского паралича.
Джеймс Уотсон В 1953 году они сообщат миру о структуре ДНК и представят готовую модель молекулы.
Всего за 8 месяцев два гениальных ученых обобщат полученные результаты своих экспериментов с имеющими данными. Через месяц из шариков и картона будет сделана трехмерная модель ДНК.
Об открытии заявил директор лаборатории Кэвендиша Лоуренс Брэгг на бельгийской конференции, которая состоялась 8 апреля. Но важность открытия признали не сразу. Только 25 апреля после выхода статьи в научном журнале «Nature» ученые-биологи и остальные лауреаты по достоинству оценили ценность новых знаний. Событие отнесли к величайшему открытию века.
В 1962 году англичане Уилкинс и Крик с американцем Уотсоном были номинированы на Нобелевскую премию по медицине. К сожалению, Розалинда Франклин скончалась 4 года назад и не оказалась в числе претендентов. По этому поводу был громкий скандал, так как в модели использовались данные экспериментов Франклин, хотя официального разрешения она не давала. Крик и Уотсон плотно сотрудничали с ее напарником Уилкинсом, а сама Розалинда до конца жизни не узнала важность своих экспериментов для медицины.
Уотсону за открытие возвели памятник в Нью-Йорке. Уилкинс и Крик не удостоились подобной чести, так как не имели американского гражданства.
Карьера
После открытия структуры ДНК пути Уотсона и Крика расходятся. Джеймс становится старшим сотрудником на кафедре биологии в Калифорнийском университете, а позже – профессором. В 1969 году ему предлагают возглавить Лонг-Айлендскую лабораторию молекулярной биологии. Ученый отказывается от работы в Гарварде, где трудился с 1956 года. Оставшуюся жизнь он посветит нейробиологии, изучению влияния вирусов и ДНК на рак. Под руководством ученого лаборатория вышла на новый уровень качества исследований, значительно увеличилось ее финансирование. Gold Spring Harbor стала лучшим мировым центом по изучению молекулярной биологии. С 1988 по 1992 год Уотсон активно участвует в ряде проектов по изучению генома человека.
Крик после мирового признания становится заведующим биологической лаборатории в Кембридже. В 1977 г он переезжает в Сан-Диего, Калифорния, для изучения механизмов сновидений и зрения.
Фрэнсис Крик В 1983 году с математиком Гр. Митчисоном он предположил: сновидения – способность мозга освободиться от бесполезных и чрезмерных ассоциаций, которые были накоплены днем. Ученые назвали сны профилактикой перегрузки нервной системы.
В 1981 году вышла книга Френсиса Крика «Жизнь как она есть: ее происхождение и природа», где автор высказывает предположение о происхождении жизни на Земле. По его версии, первыми жителями на планете стали микроорганизмы с других космических объектов. Это объясняет схожесть генетического кода всех живых объектов. Умер ученый в 2004 году от онкологии. Его кремировали, а прах рассеяли над Тихим океаном.
Фрэнсис Крик В 2004 году Уотсон становится ректором, но в 2007 году ему пришлось уйти с этой должности за высказывание о генетической связи происхождения (расы) и уровня интеллекта. Ученый любит провокационно и оскорбительно комментировать работу своих коллег, Франклин не стала исключением. Некоторые высказывания были восприняты в качестве выпадов в адрес людей с ожирением и гомосексуалов.
В 2007 году Уотсон выпускает свою автобиографию «Избегайте занудства». В 2008 году выступал в МГУ с публичной лекцией. Уотсона называют первым человеком с полностью расшифрованным геномом. В настоящее время ученый работает над поиском генов, ответственных за психические заболевания.
Крик и Уотсон открыли новые возможности для развития медицины. Переоценить значимость их научной деятельности невозможно.
Для нас важна актуальность и достоверность информации. Если вы обнаружили ошибку или неточность, пожалуйста, сообщите нам. Выделите ошибку и нажмите сочетание клавиш Ctrl+Enter .
Джеймс Дьюи Уотсон - американский биохимик. Родился 6 апреля 1928 года в Чикаго (штат Иллинойс). Он был единственным ребенком в семье бизнесмена Джеймса Д. Уотсона и Джин (Митчелл) Уотсон. В родном городе мальчик получил начальное и среднее образование. Вскоре стало очевидно, что Джеймс необыкновенно одаренный ребенок, и его пригласили на радио для участия в программе «Викторины для детей». Лишь два года проучившись в средней школе, Уотсон получил в 1943 году стипендию для обучения в экспериментальном четырехгодичном колледже при Чикагском университете, где проявил интерес к изучению орнитологии. Окончив в 1947 году университет со степенью бакалавра естественных наук, он продолжил затем образование в Индианском университете Блумингтона.
Родился в Чикаго, штат Иллинойс. В возрасте 15 лет поступил в университет Чикаго, который окончил четырьмя годами позже. В 1950 году получили докторскую степень доктора в университете штата Индиана за изучение вирусов. К этому времени Уотсон заинтересовался генетикой и начал обучение в Индиане под руководством специалиста в этой области Г.Д. Меллера и бактериолога С. Лурия. В 1950 году молодой ученый получил степень доктора философии за диссертацию о влиянии рентгеновских лучей на размножение бактериофагов (вирусов, инфицирующих бактерии). Субсидия Национального исследовательского общества позволила ему продолжить исследования бактериофагов в Копенгагенском университете в Дании. Там он проводил изучение биохимических свойств ДНК бактериофага. Однако, как он позднее вспоминал, эксперименты с бактериофагом стали его тяготить, ему хотелось узнать больше об истинной структуре молекул ДНК, о которых так увлеченно говорили генетики. Его посещение Кавендишской лаборатории в 1951 году привело к сотрудничеству с Фрэнсисом Криком, которое увенчалось открытием структуры ДНК.
В октябре 1951 года ученый отправился в Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета для исследования пространственной структуры белков совместно с Д.К. Кендрю. Там он и познакомился с Криком, физиком, интересовавшимся биологией и писавшим в то время докторскую диссертацию.
«Это была интеллектуальная любовь с первого взгляда, – утверждает один историк науки. – Их научные воззрения и интересы – самая важная проблема, которую надо решать, если вы биолог». Несмотря на общность интересов, взглядов на жизнь и стиль мышления, Уотсон и Крик беспощадно, хотя и вежливо, критиковали друг друга. Их роли в этом интеллектуальном дуэте были разными. «Френсис был мозгом, а я – чувством», – говорит Уотсон.
Начиная с 1952 года, основываясь на ранних исследованиях Чаргаффа, Уилкинса и Франклин, Крик и Уотсон решили попытаться определить химическую структуру ДНК.
Вспоминая об отношении к ДНК подавляющего большинства биологов тех дней, Уотсон писал: «После опытов Эйвери было похоже, что именно ДНК основной генетический материал. Таким образом, выяснение химического строения ДНК могло оказаться важным шагом к пониманию того, как воспроизводятся гены. Но в отличие от белков, относительно ДНК имелось очень мало точно установленных химических сведений. Ею занимались считанные химики, и за исключением того факта, что нуклеиновые кислоты представляют собой очень большие молекулы, построенные из меньших строительных блоков – нуклеотидов, об их химии не было известно ничего такого, за что мог бы ухватиться генетик. Более того, химики-органики, работавшие с ДНК, почти никогда не интересовались генетикой».
Американские ученые постарались свести воедино все имевшиеся до сих пор сведения о ДНК, как физико-химические, так и биологические. Как пишет В.Н. Сойфер: «Уотсон и Крик подвергли анализу данные рентгеноструктурного анализа ДНК, сопоставили их с результатами химических исследований соотношения нуклеотидов в ДНК (правила Чаргаффа) и применили к ДНК идею Л. Полинга о возможности существования спиральных полимеров, высказанную им в отношении белков. В результате они смогли предложить гипотезу о структуре ДНК, согласно которой ДНК представлялась составленной из двух полинуклеотидных нитей, соединенных водородными связями и взаимно закрученных друг относительно друга. Гипотеза Уотсона и Крика так просто объясняла большинство загадок о функционировании ДНК как генетической матрицы, что она буквально сразу была принята генетиками и в короткий срок экспериментально доказана».
Исходя из этого, Уотсон и Крик предложили следующую модель ДНК:
1. Две цепочки в структуре ДНК обвиты одна вокруг другой и образуют правозакрученную спираль.
2. Каждая цепь составлена регулярно повторяющимися остатками фосфорной кислоты и сахара дезоксирибозы. К остаткам сахара присоединены азотистые основания (по одному на каждый сахарный остаток).
3. Цепочки фиксированы друг относительно друга водородными связями, соединяющими попарно азотистые основания. В результате оказывается, что фосфорные и углеводные остатки расположены на наружной стороне спирали, а основания заключены внутри ее. Основания перпендикулярны к оси цепочек.
4. Имеется правило отбора для соединения оснований в пары. Пуриновое основание может сочетаться с пиримидиновым, и, более того, тимин может соединяться только с аденином, а гуанин – с цитозином…
5. Можно поменять местами: а) участников данной пары; б) любую пару на другую пару, и это не приведет к нарушению структуры, хотя решающим образом скажется на ее биологической активности.
«Наша структура, – писали Уотсон и Крик, – состоит, таким образом, из двух цепочек, каждая из которых является комплементарной по отношению к другой».
В феврале 1953 года Крик и Уотсон сделали сообщение о структуре ДНК. Месяцем позже они создали трехмерную модель молекулы ДНК, сделанную из шариков, кусочков картона и проволоки.
Уотсон написал об открытии своему шефу Дельбрюку, а тот – Нильсу Бору: «Потрясающие вещи происходят в биологии. Мне кажется, Джим Уотсон сделал открытие, сравнимое с тем, что сделал Резерфорд в 1911 году». Стоит напомнить, что в 1911 году Резерфорд открыл атомное ядро.
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.
Структура ДНК, предложенная Уотсоном и Криком, отлично удовлетворяла главному критерию, выполнение которого было необходимо для молекулы, претендующей на роль хранилища наследственной информации. «Остов нашей модели в высокой степени упорядочен, и последовательность пар оснований является единственным свойством, которое может обеспечить передачу генетической информации», – писали они.
Крик и Уотсон завершили создание модели ДНК в 1953 году, а через девять лет совместно с Уилкинсом они получили Нобелевскую премию 1962 года по физиологии и медицине «за открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живых системах». Уилкинс (Maurice Wilkins), - его эксперименты с дифракцией рентгеновских лучей помогли установить двуспиральную структуру ДНК. Розалинда Франклин (Rosalind Franklin, 1920–58), чей вклад в открытие структуры ДНК, по мнению многих, был очень весомым, не была удостоена Нобелевской премии, так как не дожила до этого времени.
Обобщив данные о физических и химических свойствах ДНК и проанализировав результаты М. Уилкинса и Р. Франклин по рассеянию рентгеновских лучей на кристаллах ДНК, Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г. построили модель трехмерной структуры этой молекулы. Важнейшее значение имел предложенный ими принцип комплиментарности цепей в двухцепочечной молекуле. Дж. Уотсону принадлежит гипотеза о полуконсервативном механизме репликации ДНК. В 1958-1959 гг. Дж. Уотсоном и А. Тисьером были проведены исследования бактериальных рибосом, ставшие классическими. Известны также работы ученого по изучению структуры вирусов. В 1989-1992 гг. Дж. Уотсон возглавлял международную научную программу "Геном человека".
Уотсон и Крик открыли структуру дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) – вещества, которое содержит всю наследственную информацию.
К пятидесятым годам было известно, что ДНК – большая молекула, которая состоит из тысяч соединенных между собой в линию маленьких молекул четырех разных видов – нуклеотидов. Также ученые знали, что именно ДНК отвечает за хранение и передачу по наследству генетической информации, похожей на текст, написанный алфавитом из четырех букв. Неизвестными оставались пространственная структура этой молекулы и механизмы, по которым ДНК передается по наследству от клетки к клетке и от организма к организму.
В 1948 году Лайнус Полинг открыл пространственную структуру других макромолекул – белков и создал модель структуры, названной "альфа-спиралью".
Полинг тоже считал, что ДНК – спираль, причем, состоящая из трех нитей. Однако он не мог объяснить ни природы такой структуры, ни механизмы самоудвоения ДНК для передачи дочерним клеткам.
Открытие двуспиральной структуры произошло после того, как Морис Уилкинс (Maurice Wilkins) тайно показал Уотсону и Крику рентгеновский снимок молекулы ДНК, сделанный его сотрудницей Розалинд Франклин. На этом снимке они четко узнали признаки спирали и направились в лабораторию, чтобы проверить все на объемной модели.
В лаборатории выяснилось, что мастерская не поставила необходимые для стереомодели металлические пластины, и Уотсон вырезал из картона четыре вида макетов нуклеотидов – гуанина (G), цитозина (C), тимина (T) и аденина (A) – и стал раскладывать их на столе. И тут он обнаружил, что аденин соединяется с тимином, а гуанин – с цитозином по принципу "ключ-замок". Именно таким образом соединяются между собой две нити спирали ДНК, то есть напротив тимина из одной нити всегда будет находиться аденин из другой, и ничто иное.
Такое расположение позволило объяснить механизмы копирования ДНК: две нити спирали расходятся, и к каждой из них достраивается из нуклеотидов точная копия ее бывшей "партнерши" по спирали. По такому же принципу, как с негатива в фотографии печатают позитив.
Хоть Франклин и не поддерживала гипотезу о спиральном строении ДНК, именно ее снимки сыграли решающую роль в открытии Уотсона и Крика. До премии, которую получили Уилкинс, Уотсон и Крик, Розалинд не дожила.
Очевидно, что открытие пространственной структуры ДНК совершило революцию в мире науки и повлекло за собой целый ряд новых открытий, без которых нельзя представить не только современную науку, но и современную жизнь в целом
В шестидесятых годах прошлого века предположение Уотсона и Крика о механизме репликации (удвоения) ДНК полностью подтвердилось. Кроме того, было показано, что в этом процессе принимает участие специальный белок – ДНК-полимераза.
Примерно в то же время было совершено другое важное открытие – генетический код. Как уже говорилось выше, ДНК содержит в себе информацию обо всем, что передается по наследству, в том числе о линейной структуре каждого белка в организме. Белки, как и ДНК, представляют длинные молекулярные цепочки из аминокислот. Этих аминокислот 20. Соответственно, было неясно каким образом "язык" ДНК, состоящий из четырехбуквенного алфавита переводятся на "язык" белков, где используется 20 "букв".
Оказалось, что сочетание из трех нуклеотидов ДНК четко соответствует одной из 20 аминокислот. И, таким образом "написанное" на ДНК однозначно переводится в белок.
В семидесятых годах появились еще два важнейших метода, основанные на открытии Уотсона и Крика. Это секвенирование и получение рекомбинатной ДНК. Секвенирование позволяет "прочитать" последовательность нуклеотидов в ДНК. Именно на этом методе основана вся программа "Геном человека".
Получение рекомбинантной ДНК по другому называют молекулярным клонированием. Суть этого метода заключается в том, что в молекулу ДНК встраивают фрагмент, содержащий определенный ген. Таким образом, например получают бактерии, которые содержат ген человеческого инсулина. Инсулин, полученный таким способом, называется рекомбинатным. Этим же методом созданы все "генетически модифицированные продукты".
Как ни парадоксально, репродуктивное клонирование, о котором сейчас все говорят, появилось раньше, чем была открыта структура ДНК. Понятно, что сейчас учеными, проводящие такие эксперименты, активно используются результаты открытия Уотсона и Крика. Но, изначально, метод не базировался на нем.
Следующим важным шагом науки стала разработка в восьмидесятых годах полимеразно-цепной реакции. Эта технология используется для быстрого "размножения" нужного фрагмента ДНК и уже нашла множество применений как в науке, так в медицине и технологии. В медицине с помощью ПЦР проводят быструю и точную диагностику вирусных заболеваний. Если в массе ДНК, полученной из анализа пациента, даже в минимальном количестве есть гены, принесенные вирусом, то с помощью ПЦР можно добиться их "размножения" и после этого легко идентифицировать.
А.В. Энгстрем 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». Энгстрем 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».
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.
