N+1Наука

«Тайна жизни: Как Розалинд Франклин, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открыли структуру ДНК»

Противостояние двух подходов к определению молекулярной структуры

Альпина нон-фикшн

В феврале 1953 года Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик с помощью данных, собранных Розалинд Франклин, установили структуру дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Это открытие определило наши представления о том, как живые организмы хранят и передают наследственную информацию. В книге «Тайна жизни: Как Розалинд Франклин, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открыли структуру ДНК» (издательство «Альпина нон-фикшн»), переведенной на русский язык Натальей Колпаковой, историк медицины Ховард Маркел рассказывает о непростом пути к научному прорыву, который ознаменовал революцию в биологии. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, в котором Крик и Уотсон независимо от Франклин пытаются определить молекулярную структуру ДНК.

***

Энн Сейр представляет¹ события, предшествовавшие открытию структуры ДНК, состязанием не только личностей, но и двух разных подходов к определению молекулярной структуры. Франклин предпочитала анализ дифракционных рентгенограмм, который требовал большой и трудной работы и занимал много времени. Уотсон и Крик следовали путем построения моделей, впервые успешно примененным Полингом и предполагавшим множество индуктивных умозаключений, что в принципе рискованно.

¹Anne Sayre, Rosalind Franklin and DNA (New York: Norton, 1975), 131.

С одной стороны, в случае относительно простых органических соединений, например пенициллина, дифракционные картины получаются четкие и определить местоположение составляющих молекулу атомов гораздо легче, чем в случае сложных полимерных молекул, рентгенограммы которых, как правило, менее резкие, рефлексы размытые, положение атомов менее упорядочено. По

Письмо Дороти Ходжкин Дэвиду Сейру. 7 января 1975 г., ASP, ящик 4, папка 7; Sayre, Rosalind Franklin and DNA, 134. Дэвид Сейр (муж Энн Сейр) был кристаллографом и одно время работал с Ходжкин.

Дороти Ходжкин, дифракционные эффекты на фибриллярных структурах, таких как волос или ДНК, более ограниченны, и применить к ним прямые методы определения структуры невозможно. Розалинд Франклин столкнулась с колоссальными трудностями при использовании данных рентгеновской кристаллографии для расшифровки структуры ДНК. Но Джон Рэндалл и взял ее в свою группу для решения именно этой задачи.

С другой стороны, построить модель молекулы несопоставимо сложнее, чем модель автомобиля или самолета. Детали конструктора неизвестны, инструкция не прилагается, сама реальная конструкция невидима для человеческого глаза. Нужно установить углы и длины связей, симметрию, масштаб и, наконец, соответственно всему этому разместить атомы. Притом, чтобы доказать адекватность модели, нужно получить данные опять-таки рентгеновской кристаллографии. Как отметила Энн Сейр, если о веществе ничего не известно, построить модель просто невозможно; если известно слишком мало, то любая модель будет неопределенной, неоднозначной и полноценно проверить ее не получится.

Какой же метод выбрать? С научной точки зрения надежнее применить оба подхода: сначала собрать данные (множество дифракционных картин), проанализировать их с помощью математических методов и потом построить пространственную модель структуры. Франклин не пугала такая монотонная, трудоемкая и долгая работа, чего нельзя сказать об Уотсоне и Крике. Как считает² Дороти Ходжкин, Франклин слишком связала себя тем, что полагала необходимым в первую очередь собрать точные данные о ДНК, а уже на их основании строить модель: «Для нее было естественно отложить моделирование до тех пор, пока не будет завершен сбор данных и пока она не извлечет из них всю возможную информацию, что сузило бы выбор моделей». Если бы Ходжкин вовремя дала Франклин совет, то, вероятно, сказала бы — более чем за год до того, как Уотсон и Крик открыли двойную спираль, — что информации о геометрии азотистых оснований, сахарных остатков и фосфатных групп достаточно для того, чтобы построить модель.

²Письмо Дороти Ходжкин Дэвиду Сейру. 7 января 1975 г., ASP, ящик 4, папка 7; сходное замечание Ходжкин приводит Бренда Мэддокс ; см .: Brenda Maddox, Rosalind Franklin: The Dark Lady of DNA (New York: HarperCollins, 2002), 178–79.

***

Не имея доступа к данным Франклин, Уотсон и Крик стали штурмовать собственные баррикады. Первая проблема заключалась в том, что в Кавендишской лаборатории не был нужного количества качественных металлических деталей — «атомов» и «связей» — для моделирования. В относительно недавнем прошлом любая серьезная химическая и физическая лаборатория имела хорошо оборудованную мастерскую с целым штатом стеклодувов, слесарей, инструментальщиков и других умельцев, которые изготавливали приборы, придуманные учеными для своих экспериментов. Года за полтора до описываемых событий Кендрю занялся моделированием полипептидных цепей, и с тех пор осталось множество «атомов» углерода, азота и водорода и комбинаций из них, которые входят в состав аминокислот, но того, что, помимо этого, нужно для моделирования ДНК, а именно «атомов» фосфора и деталей, изображающих азотистые основания, не было. На создание недостающих элементов конструктора могли уйти недели, а Уотсон и Крик не хотели