Фрэнсис Крик: Открытие структуры ДНК и исследования сознания.

Введение

Английский физик, молекулярный биолог; сооткрыватель структуры ДНК.

Фрэнсис Гарри Комптон Крик

Крик был выдающимся теоретическим молекулярным биологом и сыграл ключевую роль в исследованиях, связанных с установлением спиральной структуры ДНК. Он широко известен введением термина «центральная догма» для обобщения идеи о том, что после передачи информации от нуклеиновых кислот (ДНК или РНК) к белкам, обратный поток информации к нуклеиновым кислотам невозможен. Иными словами, конечный этап потока информации от нуклеиновых кислот к белкам является необратимым. В течение остатка своей карьеры он занимал должность выдающегося исследовательского профессора имени Дж. В. Кикхефера в Институте биологических исследований Солка в Ла-Хойе, Калифорния. Его дальнейшие исследования были сосредоточены на теоретической нейробиологии и попытках продвижения научного изучения человеческого сознания. Он оставался на этом посту до самой смерти; "он редактировал рукопись на смертном одре, ученый до конца своих дней", – по словам Кристофа Коха.

Ранние годы и образование

Крик был первым сыном Гарри Крика и Энни Элизабет Крик (урожденной Уилкинс). Он родился 8 июня 1916 года и вырос в Уэстон-Фавелл, тогда небольшой деревне недалеко от английского города Нортгемптон, где его отец и дядя управляли семейной фабрикой по производству обуви и сапог. Его дед, Уолтер Дроубридж Крик, натуралист-любитель, написал обзор местных фораминифер (одноклеточных простейших с раковинами), переписывался с Чарльзом Дарвином, и в его честь были названы два брюхоногих моллюска (улитки или слизни). В раннем возрасте Фрэнсис увлекся наукой и тем, что мог узнать о ней из книг. В детстве родители брали его в церковь, но примерно в 12 лет он сказал, что больше не хочет туда ходить, предпочитая научный поиск ответов религиозным убеждениям. Дядя Уолтер Крик жил в небольшом доме на южной стороне Абингтон-авеню; у него был сарай в конце небольшого сада, где он учил Крика выдувать стекло, проводить химические эксперименты и делать фотографические отпечатки. В возрасте восьми или девяти лет он перешел в самый младший класс Нортгемптонской гимназии на Биллинг-роуд. До школы было около 2 км, поэтому он мог доходить пешком по Парк-авеню Юг и Абингтон-Парк-Кресент, но чаще ездил на автобусе или, позже, на велосипеде. Обучение в старших классах было удовлетворительным, но не столь стимулирующим. После 14 лет он учился в школе Милл-Хилл в Лондоне (по стипендии), где изучал математику, физику и химию со своим лучшим другом Джоном Шилстоном. Он разделил премию Уолтера Нокса по химии в День основания школы Милл-Хилл, в пятницу, 7 июля 1933 года, и заявил, что его успех основан на качестве преподавания, которое он получил в Милл-Хилле. Крик учился в Университетском колледже Лондона (UCL), входящем в состав Лондонского университета, и получил степень бакалавра наук Лондонского университета в 1937 году. Он начал работу над докторской диссертацией в UCL, но она была прервана Второй мировой войной. Позже он стал аспирантом и почетным членом колледжа Гонвилл и Каюс в Кембридже и в основном работал в лаборатории Кавендиша и лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского совета (MRC) в Кембридже. Он также был почетным членом Черчилльского колледжа в Кембридже и Университетского колледжа в Лондоне. Крик начал исследовательский проект для получения докторской степени по измерению вязкости воды при высоких температурах (которую он позже назвал «самой скучной задачей, которую только можно представить») в лаборатории физика Эдварда Невилла да Коста Андраде в Университетском колледже Лондона, но с началом Второй мировой войны (в частности, во время битвы за Британию, когда бомба пробила крышу лаборатории и уничтожила его экспериментальную установку) он проходил постдокторантскую стажировку в Бруклинском коллегиальном и политехническом институте, ныне входящем в состав инженерной школы Нью-Йоркского университета Тандон. Во время Второй мировой войны он работал в Исследовательской лаборатории Адмиралтейства, из которой вышли многие известные ученые, в том числе Дэвид Бейтс, Роберт Бойд, Томас Гаскелл, Джордж Дикон, Джон Ганн, Гарри Масси и Невилл Мотт; он занимался проектированием магнитных и акустических мин и сыграл важную роль в разработке новой мины, эффективной против немецких тральщиков.

Crick was the first son of Harry Crick and Annie Elizabeth Crick (née Wilkins). He was born on 8 June 1916 and raised in Weston Favell, then a small village near the English town of Northampton, in which Crick's father and uncle ran the family's boot and shoe factory. His grandfather, Walter Drawbridge Crick, an amateur naturalist, wrote a survey of local foraminifera (single celled protists with shells), corresponded with Charles Darwin, and had two gastropods (snails or slugs) named after him. At an early age, Francis was attracted to science and what he could learn about it from books. As a child, he was taken to church by his parents. But by about age 12, he said he did not want to go any more as he preferred a scientific search for answers over religious belief. Walter Crick, his uncle, lived in a small house on the south side of Abington Avenue; he had a shed at the bottom of his little garden where he taught Crick to blow glass, do chemical experiments and to make photographic prints. When he was eight or nine he transferred to the most junior form of the Northampton Grammar School, on the Billing Road. This was about 1.25 mile (2 km) from his home so he could walk there and back, by Park Avenue South and Abington Park Crescent, but he more often went by bus or, later, by bicycle. The teaching in the higher forms was satisfactory, but not as stimulating. After the age of 14, he was educated at Mill Hill School in London (on a scholarship), where he studied mathematics, physics, and chemistry with his best friend John Shilston. He shared the Walter Knox Prize for Chemistry on Mill Hill School's Foundation Day, Friday, 7 July 1933. He declared that his success was founded on the quality of teaching he received whilst a pupil at Mill Hill. Crick studied at University College London (UCL), a constituent college of the University of London and earned a Bachelor of Science degree awarded by the University of London in 1937. Crick began a PhD at UCL, but was interrupted by World War II. He later became a PhD student and Honorary Fellow of Gonville and Caius College, Cambridge and mainly worked at the Cavendish Laboratory and the Medical Research Council (MRC) Laboratory of Molecular Biology in Cambridge. He was also an Honorary Fellow of Churchill College, Cambridge, and of University College, London. Crick began a PhD research project on measuring the viscosity of water at high temperatures (which he later described as "the dullest problem imaginable") in the laboratory of physicist Edward Neville da Costa Andrade at University College London, but with the outbreak of World War II (in particular, an incident during the Battle of Britain when a bomb fell through the roof of the laboratory and destroyed his experimental apparatus), He did postdoctoral work at the Brooklyn Collegiate and Polytechnic Institute, now part of the New York University Tandon School of Engineering. During World War II, he worked for the Admiralty Research Laboratory, from which many notable scientists emerged, including David Bates, Robert Boyd, Thomas Gaskell, George Deacon, John Gunn, Harrie Massey, and Nevill Mott; he worked on the design of magnetic and acoustic mines and was instrumental in designing a new mine that was effective against German minesweepers.

После Второй мировой войны жизнь и работа

В 1947 году, в возрасте 31 года, Крик начал изучать биологию и стал частью значительной миграции ученых-физиков в область биологических исследований. Эта миграция стала возможной благодаря возросшему влиянию физиков, таких как сэр Джон Рэндалл, который внес вклад в победу в войне благодаря изобретениям, таким как радар. Крику пришлось перестроиться с "элегантности и глубокой простоты" физики на "сложные химические механизмы, которые естественный отбор формировал на протяжении миллиардов лет". Он описал этот переход как "почти второе рождение". По словам Крика, опыт изучения физики научил его важной вещи – высокомерию – и убеждению, что, поскольку физика уже добилась успеха, значительные прорывы должны быть возможны и в других науках, таких как биология. Крик считал, что это отношение побуждало его быть более смелым, чем типичные биологи, которые, как правило, сосредотачивались на сложных проблемах биологии, а не на прошлых достижениях физики. На протяжении почти двух лет Крик работал над физическими свойствами цитоплазмы в Исследовательской лаборатории Стрэндвейс в Кембридже, возглавляемой Онорой Бриджит Фелл, получив стипендию Медицинского исследовательского совета, пока не присоединился к Максу Перуцу и Джону Кендрю в Лаборатории Кавендиша. Лаборатория Кавендиша в Кембридже находилась под общим руководством сэра Лоуренса Брэгга, который получил Нобелевскую премию в 1915 году в возрасте 25 лет. Брэгг сыграл важную роль в стремлении опередить ведущего американского химика Линуса Полинга в открытии структуры ДНК (после того, как Полингу удалось первым определить структуру альфа-спирали белков). В то же время Лаборатория Кавендиша Брэгга также эффективно конкурировала с Королевским колледжем Лондона, чей отдел биофизики возглавлял Рэндалл. (Рэндалл отклонил заявление Крика о приеме на работу в Королевский колледж.) Фрэнсис Крик и Морис Уилкинс из Королевского колледжа были личными друзьями, что оказало влияние на последующие научные события не меньше, чем тесная дружба между Криком и Джеймсом Уотсоном. Крик и Уилкинс впервые встретились в Королевском колледже, а не, как ошибочно утверждают два автора, в Адмиралтействе во время Второй мировой войны.

In 1947, aged 31, Crick began studying biology and became part of an important migration of physical scientists into biology research. This migration was made possible by the newly won influence of physicists such as Sir John Randall, who had helped win the war with inventions such as radar. Crick had to adjust from the "elegance and deep simplicity" of physics to the "elaborate chemical mechanisms that natural selection had evolved over billions of years." He described this transition as, "almost as if one had to be born again". According to Crick, the experience of learning physics had taught him something important—hubris—and the conviction that since physics was already a success, great advances should also be possible in other sciences such as biology. Crick felt that this attitude encouraged him to be more daring than typical biologists who tended to concern themselves with the daunting problems of biology and not the past successes of physics. For the better part of two years, Crick worked on the physical properties of cytoplasm at Cambridge's Strangeways Research Laboratory, headed by Honor Bridget Fell, with a Medical Research Council studentship, until he joined Max Perutz and John Kendrew at the Cavendish Laboratory. The Cavendish Laboratory at Cambridge was under the general direction of Sir Lawrence Bragg, who had won the Nobel Prize in 1915 at the age of 25. Bragg was influential in the effort to beat a leading American chemist, Linus Pauling, to the discovery of DNA's structure (after having been pipped at the post by Pauling's success in determining the alpha helix structure of proteins). At the same time Bragg's Cavendish Laboratory was also effectively competing with King's College London, whose Biophysics department was under the direction of Randall. (Randall had refused Crick's application to work at King's College.) Francis Crick and Maurice Wilkins of King's College were personal friends, which influenced subsequent scientific events as much as the close friendship between Crick and James Watson. Crick and Wilkins first met at King's College and not, as erroneously recorded by two authors, at the Admiralty during World War II.

19511953: структура ДНК

В 1951 и 1952 годах вместе с Уильямом Кокраном и Владимиром Вандом Крик помог разработать математическую теорию дифракции рентгеновских лучей спиральной молекулой. Этот теоретический результат хорошо соответствовал данным рентгеновской дифракции для белков, содержащих последовательности аминокислот в альфа-спиральной конформации. Теория спиральной дифракции также оказалась полезной для понимания структуры ДНК. В конце 1951 года Крик начал работать с Джеймсом Уотсоном в лаборатории Кавендиша Кембриджского университета, Англия. Используя "Фото 51" (результаты рентгенодифракционных исследований Розалинд Франклин и ее аспиранта Рэймонда Гослинга из Королевского колледжа Лондона, предоставленные им Гослингом и коллегой Франклина Уилкинсом), Уотсон и Крик совместно разработали модель спиральной структуры ДНК, которую они опубликовали в 1953 году. За эту и последующие работы они вместе с Уилкинсом были удостоены Нобелевской премии по физиологии или медицине в 1962 году. Когда Уотсон приехал в Кембридж, Крику было 35 лет (из-за работы во время Второй мировой войны), а Уотсону – всего 23, но он уже получил докторскую степень. Их объединял интерес к фундаментальной проблеме – выяснению того, как генетическая информация может храниться в молекулярной форме. Уотсон и Крик бесконечно обсуждали ДНК и возможность угадать подходящую молекулярную модель ее структуры. Многие размышляют о том, что могло бы произойти, если бы Поулинг смог посетить Великобританию, как планировалось, в мае 1952 года. Однако его политическая деятельность привела к ограничениям на поездки, введенным правительством США, и он посетил Великобританию позже, так и не встретившись ни с одним из исследователей ДНК в Англии. В любом случае, в то время его больше интересовали белки, а не ДНК. Уотсон и Крик официально не работали над ДНК. Крик писал докторскую диссертацию, а Уотсон занимался другими задачами, например, пытался получить кристаллы миоглобина для рентгенодифракционных экспериментов. В 1952 году Уотсон провел рентгенодифракционный анализ вируса табачной мозаики и обнаружил результаты, указывающие на его спиральную структуру. После одной неудачи Уотсон и Крик не очень хотели пытаться снова и некоторое время им было запрещено предпринимать дальнейшие усилия по поиску молекулярной модели ДНК. Большое значение для построения модели Уотсона и Крика имело понимание Розалинд Франклин основ химии, которое указывало на то, что гидрофильные фосфатные "хребты" нуклеотидных цепей ДНК должны быть расположены таким образом, чтобы взаимодействовать с молекулами воды снаружи молекулы, а гидрофобные основания – упакованы в ядро. Франклин поделилась этими химическими знаниями с Уотсоном и Криком, указав им, что их первая модель (1951 года, с фосфатами внутри) явно была неверной. Крик описал неспособность Уилкинса и Франклин к сотрудничеству и совместной работе над поиском молекулярной модели ДНК как основную причину, по которой он и Уотсон предприняли вторую попытку. Они запросили и получили разрешение на это от Уильяма Лоуренса Брэгга и Уилкинса. Для построения своей модели ДНК Уотсон и Крик использовали информацию из неопубликованных рентгенодифракционных снимков Франклин (продемонстрированных на конференциях и свободно распространенных Уилкинсом), включая предварительные отчеты о результатах Франклин и фотографии рентгеновских изображений, включенные в письменный отчет о прогрессе для лаборатории Королевского колледжа под руководством Джона Рэндалла, датированный концом 1952 года. Дискуссионным является вопрос о том, имели ли Уотсон и Крик право доступа к результатам Франклин без ее ведома или разрешения и до того, как у нее появилась возможность официально опубликовать результаты ее детального анализа данных рентгеновской дифракции, включенных в отчет о прогрессе. Однако Уотсон и Крик усмотрели ошибку в ее последовательном утверждении, что, согласно ее данным, спиральная структура не была единственной возможной формой ДНК, что создало для них дилемму. Чтобы прояснить этот вопрос, Макс Фердинанд Перуц позже опубликовал содержание отчета о прогрессе, предположив, что в нем не было ничего, чего Франклин не сказала в своем выступлении (в присутствии Уотсона) в конце 1951 года. Перуц пояснил, что отчет предназначался для комитета Медицинского исследовательского совета (MRC), созданного для "установления контакта между различными группами людей, работающими на Совет". Лаборатории Рэндалла и Перуца финансировались MRC. Также неясно, насколько важными были неопубликованные результаты Франклин из отчета о прогрессе для построения модели Уотсона и Крика. После получения первых грубых рентгенодифракционных снимков ДНК в 1930-х годах Уильям Астбери говорил о стопках нуклеотидов, расположенных на расстоянии 3,4 ангстрема (0,34 нанометра) в ДНК. Ссылка на более ранние работы Астбери по рентгеновской дифракции была одной из восьми ссылок в первой статье Франклин о ДНК. Анализ опубликованных результатов Астбери по ДНК и более качественных рентгенодифракционных снимков, полученных Уилкинсом и Франклин, выявил спиральную природу ДНК. Было возможно предсказать количество оснований, уложенных в один виток ДНК-спирали (10 на виток; полный виток спирали составляет 27 ангстрем [2,7 нм] в компактной А-форме и 34 ангстрема [3,4 нм] во влажной B-форме). Уилкинс поделился этой информацией о B-форме ДНК с Криком и Уотсоном. Крик не видел рентгеновские снимки Франклин B-формы ("Фото 51") до публикации модели двойной спирали ДНК. Одной из немногих ссылок, указанных Уотсоном и Криком при публикации их модели ДНК, была опубликованная статья, включающая модель ДНК Свена Фурберга, в которой основания располагались внутри. Таким образом, модель Уотсона и Крика не была первой моделью с "основаниями внутри". Результаты Фурберга также предоставили правильную ориентацию сахаров ДНК относительно оснований. В процессе построения модели Крик и Уотсон узнали, что антипараллельная ориентация двух "хребтов" нуклеотидных цепей лучше всего ориентирует пары оснований в центре двойной спирали. Доступ Крика к отчету о прогрессе Франклин конца 1952 года убедил его в том, что ДНК представляет собой двойную спираль с антипараллельными цепями, но существовали и другие рассуждения и источники информации, которые также привели к этим выводам. В результате перехода Франклин из Королевского колледжа в Биркбекский колледж Джон Рэндалл попросил ее отказаться от работы над ДНК. Когда Уилкинсу и научным руководителям Уотсона и Крика стало ясно, что Франклин переходит на новую работу и что Линус Полинг работает над структурой ДНК, они согласились поделиться данными Франклин с Уотсоном и Криком в надежде, что они смогут найти хорошую модель ДНК до того, как это сделает Полинг. Рентгенодифракционные данные Франклин о ДНК и ее систематический анализ структурных особенностей ДНК были полезны Уотсону и Крику в направлении их к правильной молекулярной модели. Ключевой проблемой для Уотсона и Крика, которую не удалось решить с помощью данных из Королевского колледжа, было угадать, как нуклеотидные основания упакованы в ядро двойной спирали ДНК. Еще одним ключом к определению правильной структуры ДНК были так называемые соотношения Шарггафа – экспериментально определенные соотношения нуклеотидных субъединиц ДНК: количество гуанина равно количеству цитозина, а количество аденина равно количеству тимина. Посещение Эрвина Шарггафа Англии в 1952 году подчеркнуло важность этого факта для Уотсона и Крика. Значение этих соотношений для структуры ДНК не было признано до тех пор, пока Уотсон, продолжая строить структурные модели, не понял, что пары A:T и C:G структурно похожи. В частности, длина каждой пары оснований одинакова. Шарггаф также указал Уотсону, что в водной солевой среде клетки преобладающими таутомерами пиримидиновых оснований (C и T) будут аминные и кето-конфигурации цитозина и тимина, а не имино- и енольные формы, которые Крик…

In 1951 and 1952, together with William Cochran and Vladimir Vand, Crick assisted in the development of a mathematical theory of X ray diffraction by a helical molecule. This theoretical result matched well with X ray data for proteins that contain sequences of amino acids in the alpha helix conformation. Helical diffraction theory turned out to also be useful for understanding the structure of DNA. Late in 1951, Crick started working with James Watson at Cavendish Laboratory at the University of Cambridge, England. Using "Photo 51" (the X ray diffraction results of Rosalind Franklin and her graduate student Raymond Gosling of King's College London, given to them by Gosling and Franklin's colleague Wilkins), Watson and Crick together developed a model for a helical structure of DNA, which they published in 1953. For this and subsequent work they were jointly awarded the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1962 with Wilkins. When Watson came to Cambridge, Crick was a 35 year old graduate student (due to his work during WWII) and Watson was only 23, but had already obtained a PhD. They shared an interest in the fundamental problem of learning how genetic information might be stored in molecular form. Watson and Crick talked endlessly about DNA and the idea that it might be possible to guess a good molecular model of its structure. Many have speculated about what might have happened had Pauling been able to travel to Britain as planned in May 1952. As it was, his political activities caused his travel to be restricted by the United States government and he did not visit the UK until later, at which point he met none of the DNA researchers in England. At any rate he was preoccupied with proteins at the time, not DNA. Watson and Crick were not officially working on DNA. Crick was writing his PhD thesis; Watson also had other work such as trying to obtain crystals of myoglobin for X ray diffraction experiments. In 1952, Watson performed X ray diffraction on tobacco mosaic virus and found results indicating that it had helical structure. Having failed once, Watson and Crick were now somewhat reluctant to try again and for a while they were forbidden to make further efforts to find a molecular model of DNA. Of great importance to the model building effort of Watson and Crick was Rosalind Franklin's understanding of basic chemistry, which indicated that the hydrophilic phosphate containing backbones of the nucleotide chains of DNA should be positioned so as to interact with water molecules on the outside of the molecule while the hydrophobic bases should be packed into the core. Franklin shared this chemical knowledge with Watson and Crick when she pointed out to them that their first model (from 1951, with the phosphates inside) was obviously wrong. Crick described what he saw as the failure of Wilkins and Franklin to cooperate and work towards finding a molecular model of DNA as a major reason why he and Watson eventually made a second attempt to do so. They asked for, and received, permission to do so from both William Lawrence Bragg and Wilkins. To construct their model of DNA, Watson and Crick made use of information from unpublished X ray diffraction images of Franklin's (shown at meetings and freely shared by Wilkins), including preliminary accounts of Franklin's results/photographs of the X ray images that were included in a written progress report for the King's College laboratory of Sir John Randall from late 1952. It is a matter of debate whether Watson and Crick should have had access to Franklin's results without her knowledge or permission, and before she had a chance to formally publish the results of her detailed analysis of her X ray diffraction data which were included in the progress report. However, Watson and Crick found fault in her steadfast assertion that, according to her data, a helical structure was not the only possible shape for DNA—so they had a dilemma. In an effort to clarify this issue, Max Ferdinand Perutz later published what had been in the progress report, and suggested that nothing was in the report that Franklin herself had not said in her talk (attended by Watson) in late 1951. Perutz explained that the report was to a Medical Research Council (MRC) committee that had been created to "establish contact between the different groups of people working for the Council". Randall's and Perutz's laboratories were both funded by the MRC. It is also not clear how important Franklin's unpublished results from the progress report actually were for the model building done by Watson and Crick. After the first crude X ray diffraction images of DNA were collected in the 1930s, William Astbury had talked about stacks of nucleotides spaced at 3.4 angström (0.34 nanometre) intervals in DNA. A citation to Astbury's earlier X ray diffraction work was one of only eight references in Franklin's first paper on DNA. Analysis of Astbury's published DNA results and the better X ray diffraction images collected by Wilkins and Franklin revealed the helical nature of DNA. It was possible to predict the number of bases stacked within a single turn of the DNA helix (10 per turn; a full turn of the helix is 27 angströms [2.7 nm] in the compact A form, 34 angströms [3.4 nm] in the wetter B form). Wilkins shared this information about the B form of DNA with Crick and Watson. Crick did not see Franklin's B form X ray images (Photo 51) until after the DNA double helix model was published. One of the few references cited by Watson and Crick when they published their model of DNA was to a published article that included Sven Furberg's DNA model that had the bases on the inside. Thus, the Watson and Crick model was not the first "bases in" model to be proposed. Furberg's results had also provided the correct orientation of the DNA sugars with respect to the bases. During their model building, Crick and Watson learned that an antiparallel orientation of the two nucleotide chain backbones worked best to orient the base pairs in the centre of a double helix. Crick's access to Franklin's progress report of late 1952 is what made Crick confident that DNA was a double helix with antiparallel chains, but there were other chains of reasoning and sources of information that also led to these conclusions. As a result of leaving King's College for Birkbeck College, Franklin was asked by John Randall to give up her work on DNA. When it became clear to Wilkins and the supervisors of Watson and Crick that Franklin was going to the new job, and that Linus Pauling was working on the structure of DNA, they were willing to share Franklin's data with Watson and Crick, in the hope that they could find a good model of DNA before Pauling was able. Franklin's X ray diffraction data for DNA and her systematic analysis of DNA's structural features were useful to Watson and Crick in guiding them towards a correct molecular model. The key problem for Watson and Crick, which could not be resolved by the data from King's College, was to guess how the nucleotide bases pack into the core of the DNA double helix. Another key to finding the correct structure of DNA was the so called Chargaff ratios, experimentally determined ratios of the nucleotide subunits of DNA: the amount of guanine is equal to cytosine and the amount of adenine is equal to thymine. A visit by Erwin Chargaff to England, in 1952, reinforced the salience of this important fact for Watson and Crick. The significance of these ratios for the structure of DNA were not recognised until Watson, persisting in building structural models, realised that A:T and C:G pairs are structurally similar. In particular, the length of each base pair is the same. Chargaff had also pointed out to Watson that, in the aqueous, saline environment of the cell, the predominant tautomers of the pyrimidine (C and T) bases would be the amine and keto configurations of cytosine and thymine, rather than the imino and enol forms that Crick and Watson had assumed. They consulted Jerry Donohue who confirmed the most likely structures of the nucleotide bases. The base pairs are held together by hydrogen bonds, the same non covalent interaction that stabilise the protein α helix. The correct structures were essential for the positioning of the hydrogen bonds. These insights led Watson to deduce the true biological relationships of the A:T and C:G pairs. After the discovery of the hydrogen bonded A:T and C:G pairs, Watson and Crick soon had their anti parallel, double helical model of DNA, with the hydrogen bonds at the core of the helix providing a way to "unzip" the two complementary strands for easy replication: the last key requirement for a likely model of the genetic molecule. As important as Crick's contributions to the discovery of the double helical DNA model were, he stated that without the chance to collaborate with Watson, he would not have found the structure by himself. Crick did tentatively attempt to perform some experiments on nucleotide base pairing, but he was more of a theoretical biologist than an experimental biologist. There was another near discovery of the base pairing rules in early 1952. Crick had started to think about interactions between the bases. He asked John Griffith to try to calculate attractive interactions between the DNA bases from chemical principles and quantum mechanics. Griffith's best guess was that A:T and G:C were attractive pairs. At that time, Crick was not aware of Chargaff's rules and he made little of Griffith's calculations, although it did start him thinking about complementary replication. Identification of the correct base pairing rules (A T, G C) was achieved by Watson "playing" with cardboard cut out models of the nucleotide bases, much in the manner that Linus Pauling had discovered the protein alpha helix a few years earlier. The Watson and Crick discovery of the DNA double helix structure was made possible by their willingness to combine theory, modelling and experimental results (albeit mostly done by others) to achieve their goal. The DNA double helix structure proposed by Watson and Crick was based upon "Watson Crick" bonds between the four bases most frequently found in DNA (A, C, T, G) and RNA (A, C, U, G). However, later research showed that triple stranded, quadruple stranded and other more complex DNA molecular structures required Hoogsteen base pairing. The entire field of synthetic biology began with work by researchers such as Erik T. Kool, in which bases other than A, C, T and G are used in a synthetic DNA. In addition to synthetic DNA there are also attempts to construct synthetic codons, synthetic endonucleases, synthetic proteins and synthetic zinc fingers. Using synthetic DNA, instead of there being 43 codons, if there are n new bases there could be as many as n3 codons. Research is currently being done to see if codons can be expanded to more than 3 bases. These new codons can code for new amino acids. These synthetic molecules can be used not only in medicine, but in creation of new materials. The discovery was made on 28 February 1953; the first Watson/Crick paper appeared in Nature on 25 April 1953. Sir Lawrence Bragg, the director of the Cavendish Laboratory, where Watson and Crick worked, gave a talk at Guy's Hospital Medical School in London on Thursday 14 May 1953 which resulted in an article by Ritchie Calder in the News Chronicle of London, on Friday 15 May 1953, entitled "Why You Are You. Nearer Secret of Life." The news reached readers of The New York Times the next day; Victor K. McElheny, in researching his biography, "Watson and DNA: Making a Scientific Revolution", found a clipping of a six paragraph New York Times article written from London and dated 16 May 1953 with the headline "Form of 'Life Unit' in Cell Is Scanned". The article ran in an early edition and was then pulled to make space for news deemed more important. (The New York Times subsequently ran a longer article on 12 June 1953). The university's undergraduate newspaper Varsity also ran its own short article on the discovery on Saturday 30 May 1953. Bragg's original announcement of the discovery at a Solvay conference on proteins in Belgium on 8 April 1953 went unreported by the British press. In a seven page, handwritten letter to his son at a British boarding school on 19 March 1953 Crick explained his discovery, beginning the letter "My Dear Michael, Jim Watson and I have probably made a most important discovery". The letter was put up for auction at Christie's New York on 10 April 2013 with an estimate of $1 to $2 million, eventually selling for $6,059,750, the largest amount ever paid for a letter at auction. Sydney Brenner, Jack Dunitz, Dorothy Hodgkin, Leslie Orgel, and Beryl M. Oughton, were some of the first people in April 1953 to see the model of the structure of DNA, constructed by Crick and Watson; at the time they were working at Oxford University's Chemistry Department. All were impressed by the new DNA model, especially Brenner who subsequently worked with Crick at Cambridge in the Cavendish Laboratory and the new Laboratory of Molecular Biology. According to the late Dr. Beryl Oughton, later Rimmer, they all travelled together in two cars once Dorothy Hodgkin announced to them that they were off to Cambridge to see the model of the structure of DNA. Orgel also later worked with Crick at the Salk Institute for Biological Studies. Crick was often described as very talkative, with Watson – in The Double Helix – implying lack of modesty. His personality combined with his scientific accomplishments produced many opportunities for Crick to stimulate reactions from others, both inside and outside the scientific world, which was the centre of his intellectual and professional life. Crick spoke rapidly, and rather loudly, and had an infectious and reverberating laugh, and a lively sense of humour. One colleague from the Salk Institute described him as "a brainstorming intellectual powerhouse with a mischievous smile. Francis was never mean spirited, just incisive. He detected microscopic flaws in logic. In a room full of smart scientists, Francis continually relearned his position as the heavyweight champ." Soon after Crick's death, there have been allegations about him having used LSD when he came to the idea of the helix structure of the DNA. While he almost certainly did use LSD, it is unlikely that he did so as early as 1953.

Использование данных других исследователей

Использование Уотсоном и Криком данных рентгеноструктурного анализа ДНК, собранных Франклином и Уилкинсом, вызвало затяжной спор. Он возник из-за того, что некоторые неопубликованные данные Франклина были использованы без ее ведома и согласия Уотсоном и Криком при создании модели двойной спирали ДНК. Из четырех исследователей ДНК только Франклин имела степень в области химии; перед публикацией структуры двойной спирали Уотсон и Крик имели мало прямого взаимодействия с самой Франклин. Однако они были осведомлены о ее работе, причем даже больше, чем она сама осознавала. Уотсон присутствовал на лекции, прочитанной в ноябре 1951 года, где Франклин представила две формы молекулы – тип А и тип В – и обсудила положение фосфатных групп на внешней части молекулы. В январе 1953 года Уотсону была показана рентгенограмма ДНК формы B (известная как фотография 51), предоставленная Уилкинсом. Уилкинс получил фотографию 51 от аспиранта Розалинд Франклин, Реймонда Гослинга. Уилкинс и Гослинг работали вместе в подразделении биофизики Медицинского исследовательского совета (MRC) до того, как директор Джон Рэндалл назначил Франклин руководить как работой по рентгеноструктурному анализу ДНК, так и диссертацией Гослинга. Похоже, Рэндалл неэффективно информировал их о назначении Франклин, что способствовало путанице и напряженности в отношениях между Уилкинсом и Франклин. В середине февраля 1953 года научный руководитель Крика, Макс Перуц, передал Крику копию отчета, подготовленного для посещения комитета по биофизике MRC в Кингс-колледже в декабре 1952 года, содержащего данные группы Кингс, включая некоторые кристаллографические расчеты Франклин. Франклин не знала, что фотография 51 и другая информация были переданы Крику и Уотсону. Она написала серию из трех рукописей, две из которых включали двойную спиральную структуру ДНК. Ее две рукописи о форме А ДНК поступили в Acta Crystallographica в Копенгагене 6 марта 1953 года, за день до того, как Крик и Уотсон завершили свою модель. Рентгеноструктурные изображения, собранные Гослингом и Франклин, предоставили наиболее убедительные доказательства спиральной природы ДНК. До этого Линус Полинг, Уотсон и Крик создали ошибочные модели с цепями внутри и основаниями, направленными наружу. Ее экспериментальные результаты дали оценки содержания воды в кристаллах ДНК, и эти результаты наиболее соответствовали расположению трех сахарно-фосфатных цепей снаружи молекулы. Рентгенограмма Франклина показала, что цепи должны располагаться снаружи. Хотя поначалу она категорически утверждала, что ее данные не позволяют сделать вывод о спиральной структуре ДНК, в проектах, представленных в 1953 году, она отстаивала двойную спиральную структуру ДНК. На основе своих рукописей она обнаружила, что форма А ДНК имеет антипараллельные цепи, что подтверждает двойную спиральную структуру ДНК. Она пришла к этому, идентифицировав пространственную группу для кристаллов ДНК. Это помогло Уотсону и Крику решить искать модели ДНК с двумя антипараллельными полинуклеотидными нитями. В целом, Уотсон и Крик имели три источника неопубликованных данных Франклин: 1) ее семинар 1951 года, который посетил Уотсон, 2) обсуждения с Уилкинсом, который работал в той же лаборатории с Франклином, 3) отчет о ходе исследований, предназначенный для координации лабораторий, финансируемых MRC. Уотсон, Крик, Уилкинс и Франклин работали в лабораториях MRC. Крик и Уотсон считали, что они выиграли от сотрудничества с Уилкинсом. Они предложили ему стать соавтором статьи, в которой впервые была описана структура двойной спирали ДНК. Уилкинс отклонил предложение, что, возможно, привело к лаконичному характеру признания экспериментальной работы, выполненной в Кингс-колледже, в окончательно опубликованной статье. Вместо того чтобы сделать кого-либо из исследователей ДНК из Кингс-колледжа соавторами статьи Уотсона и Крика о двойной спирали, было решено опубликовать две дополнительные статьи из Кингс-колледжа вместе со статьей о спирали. Бренда Мэддокс предполагает, что из-за важности ее экспериментальных результатов в моделировании и теоретическом анализе Уотсона и Крика, Франклин следовало указать в качестве автора оригинальной статьи Уотсона и Крика в журнале Nature. Франклин и Гослинг одновременно с Уилкинсом, Стоуксом и Уилсоном представили в Nature свою собственную совместную "вторую" статью (то есть "третью" статью о ДНК). Описание Франклин Уотсоном в книге "Двойная спираль" было негативным и создавало впечатление, что она была помощницей Уилкинса и не могла интерпретировать свои собственные данные о ДНК. Однако Натанэль Комфорт, историк медицины из Университета Джонса Хопкинса, заявил, что коллега Франклин, Аарон Клюг, считал, что Франклин была "в двух шагах" от открытия двойной спирали. После анализа ее лабораторного журнала Клюг заявил, что она, безусловно, пришла бы к этому открытию. Рентгеноструктурные изображения, собранные Франклин, предоставили наиболее убедительные доказательства спиральной природы ДНК. Хотя экспериментальная работа Франклин оказалась важной для разработки правильной модели Криком и Уотсоном, сама она не осознала этого в то время. Когда она покинула Кингс-колледж, директор сэр Джон Рэндалл настоял на том, что вся работа по ДНК принадлежит исключительно Кингс-колледжу, и приказал Франклин даже не думать об этом. Из-за этого научное сообщество не осознало глубину вклада Франклин. Впоследствии Франклин провела выдающуюся работу в лаборатории Дж. Д. Бернала в Биркбек-колледже с табачным мозаичным вирусом, что также расширило представления о спиральной структуре. Он однажды заметил: "В конечном счете, общество неизбежно начнет беспокоиться о характере следующего поколения. Сейчас это не та тема, которую мы можем легко обсудить, потому что у людей так много религиозных убеждений, и пока у нас нет более единого взгляда на самих себя, я думаю, было бы рискованно что-либо предпринимать в области евгеники. Я был бы удивлен, если в течение следующих 100 или 200 лет общество не пришло бы к мнению, что оно должно попытаться улучшить следующее поколение в той или иной степени или каким-либо образом".

Watson and Crick's use of DNA X ray diffraction data collected by Franklin and Wilkins has generated an enduring controversy. It arose from the fact that some of Franklin's unpublished data were used without her knowledge or consent by Watson and Crick in their construction of the double helix model of DNA. Of the four DNA researchers, only Franklin had a degree in chemistry;]]

Prior to publication of the double helix structure, Watson and Crick had little direct interaction with Franklin herself. They were, however, aware of her work, more aware than she herself realised. Watson was present at a lecture, given in November 1951, where Franklin presented the two forms of the molecule, type A and type B, and discussed the position of the phosphate units on the external part of the molecule. In January 1953, Watson was shown an X ray photograph of B DNA (called photograph 51), by Wilkins. Wilkins had been given photograph 51 by Rosalind Franklin's PhD student Raymond Gosling. Wilkins and Gosling had worked together in the Medical Research Council's (MRC) Biophysics Unit before director John Randall appointed Franklin to take over both DNA diffraction work and guidance of Gosling's thesis. It appears that Randall did not communicate effectively with them about Franklin's appointment, contributing to confusion and friction between Wilkins and Franklin. In the middle of February 1953, Crick's thesis advisor, Max Perutz, gave Crick a copy of a report written for a Medical Research Council biophysics committee visit to King's in December 1952, containing data from the King's group, including some of Franklin's crystallographic calculations. Franklin was unaware that photograph 51 and other information had been shared with Crick and Watson. She wrote a series of three draft manuscripts, two of which included a double helical DNA backbone. Her two manuscripts on form A DNA reached Acta Crystallographica in Copenhagen on March 6, 1953, one day before Crick and Watson had completed their model. The X ray diffraction images collected by Gosling and Franklin provided the best evidence for the helical nature of DNA. Before this, both Linus Pauling, Watson, and Crick had generated erroneous models with the chains inside and the bases pointing outwards. Her experimental results provided estimates of the water content of DNA crystals, and these results were most consistent with the three sugar phosphate backbones being on the outside of the molecule. Franklin's X Ray photograph showed that the backbones had to be on the outside. Although she at first insisted vehemently that her data did not force one to conclude that DNA has a helical structure, in the drafts she submitted in 1953 she argues for a double helical DNA backbone. Building on her manuscripts, she discovered that form A DNA had antiparallel backbones, which supported the double helical structure of DNA. She did this through identification of the space group for DNA crystals. This would go to help Watson and Crick decide to look for DNA models with two antiparallel polynucleotide strands. In summary, Watson and Crick had three sources for Franklin's unpublished data: 1) her 1951 seminar, attended by Watson, 2) discussions with Wilkins, who worked in the same laboratory with Franklin, 3) a research progress report that was intended to promote coordination of Medical Research Council supported laboratories. Watson, Crick, Wilkins and Franklin all worked in MRC laboratories. Crick and Watson felt that they had benefited from collaborating with Wilkins. They offered him a co authorship on the article that first described the double helix structure of DNA. Wilkins turned down the offer, a fact that may have led to the terse character of the acknowledgement of experimental work done at King's College in the eventual published paper. Rather than make any of the DNA researchers at King's College co authors on the Watson and Crick double helix article, the solution that was arrived at was to publish two additional papers from King's College along with the helix paper. Brenda Maddox suggests that because of the importance of her experimental results in Watson and Crick's model building and theoretical analysis, Franklin should have had her name on the original Watson and Crick paper in Nature. Franklin and Gosling submitted their own joint "second" paper to Nature at the same time as Wilkins, Stokes, and Wilson submitted theirs (i. e. the "third" paper on DNA). Watson's portrayal of Franklin in The Double Helix was negative and gave the appearance that she was Wilkins' assistant and was unable to interpret her own DNA data. However, Nathaniel Comfort, a historian of medicine at Johns Hopkins University stated that a colleague of Franklin's Aaron Klug believed that Franklin " was 'two steps away' from the double helix. After completing an analysis of her lab notebook, Klug stated that she surely would have had it. The X ray diffraction images collected by Franklin provided the best evidence for the helical nature of DNA. While Franklin's experimental work proved important to Crick and Watson's development of a correct model, she herself could not realize it at the time. When she left King's College, Director Sir John Randall insisted that all DNA work belonged exclusively to King's and ordered Franklin to not even think about it. Because of this, the scientific community did not understand the depth of Franklin's contributions. Franklin subsequently did superb work in J. D. Bernal's Lab at Birkbeck College with the tobacco mosaic virus, which also extended ideas on helical construction. He once remarked, "In the long run, it is unavoidable that society will begin to worry about the character of the next generation It is not a subject at the moment which we can tackle easily because people have so many religious beliefs and until we have a more uniform view of ourselves I think it would be risky to try and do anything in the way of eugenics I would be astonished if, in the next 100 or 200 years, society did not come round to the view that they would have to try to improve the next generation in some extent or one way or another."

Сексуальные домогательства

Биолог Нэнси Хопкинс говорит, что когда она была студенткой в 1960-х годах, Крик во время посещения лаборатории положил руки ей на грудь. Она описала произошедшее: "Прежде чем я успела встать и пожать ему руку, он стремительно пересек комнату, встал позади меня, положил руки на грудь и спросил: "Над чем ты работаешь?"

Креационизм

Крик был убежденным критиком креационизма молодой Земли. В 1987 году в деле Верховного суда США «Эдвардс против Агилларда» Крик присоединился к группе других лауреатов Нобелевской премии, которые заявили: «Так называемая "наука о сотворении" не имеет места в учебных кабинетах естественных наук в государственных школах». Крик также выступал за учреждение Дня Дарвина в качестве британского национального праздника.

Направленная панспермия

В 1960-х годах Крик стал интересоваться происхождением генетического кода. В 1966 году Крик заменил Лесли Оргеля на встрече, где Оргель должен был выступить с докладом о происхождении жизни. Крик высказал предположения о возможных этапах, посредством которых изначально простой код с небольшим количеством типов аминокислот мог эволюционировать в более сложный код, используемый современными организмами. В то время белки считались единственным видом ферментов, а рибозимы еще не были идентифицированы. Многие молекулярные биологи были озадачены проблемой возникновения системы репликации белков, столь же сложной, как та, что существует в организмах, обитающих на Земле. В начале 1970-х годов Крик и Оргель дополнительно предположили, что возникновение живых систем из молекул могло быть крайне редким событием во Вселенной, но однажды возникнув, оно могло быть распространено разумными формами жизни с использованием космических технологий, процесс, который они назвали «направленной панспермией». В ретроспективной статье Крик и Оргель отметили, что они были неоправданно пессимистичны в оценке вероятности абиогенеза на Земле, поскольку исходили из предположения, что некая самовоспроизводящаяся белковая система была молекулярным источником жизни. В 1976 году Крик рассмотрел вопрос о происхождении синтеза белка в статье, написанной совместно с Сиднеем Бреннером, Аароном Клугом и Джорджем Пицзеником. В этой статье они предположили, что ограничения кода на нуклеотидные последовательности позволяют осуществлять синтез белка без необходимости в рибосоме. Однако это требует связывания пяти оснований между мРНК и тРНК с инверсией антикодона, создающей триплетное кодирование, хотя физическое взаимодействие происходит за счет пяти оснований. Томас Х. Жукс отметил, что ограничения кода на последовательности мРНК, необходимые для этого механизма трансляции, сохраняются и по сей день.

Награды и почести

В дополнение к своей трети Нобелевской премии по физиологии и медицине 1962 года, он был удостоен множества наград и почестей, включая Королевскую и Коплиевскую медали Королевского общества (1972 и 1975 годы) и Орден Заслуг (27 ноября 1991 года). Он отказался от предложенного звания Командора ордена Британской империи (CBE) в 1963 году, но его часто ошибочно называли "сэром Фрэнсисом Криком", а иногда даже "лордом Криком". В 1964 году он был избран членом EMBO, Национальной академии наук США (1969) и Американского философского общества (1972).

Медаль Франсиса Крика и лекция

Медаль и лекция имени Фрэнсиса Крика были учреждены в 2003 году благодаря пожертвованию его бывшего коллеги Сиднея Бреннера, лауреата Нобелевской премии по физиологии и медицине 2002 года (совместно с другими). Лекция ежегодно читается по любой области биологических наук, при этом предпочтение отдается тем направлениям, в которых работал сам Фрэнсис Крик. Важно, что лекция ориентирована на молодых ученых, в идеале – до 40 лет, или на тех, чей карьерный рост соответствует этому возрасту. По состоянию на 2019 год лекции имени Крика прочитали Джули Арингер, Дарио Алесси, Эван Бирни, Саймон Болтон, Джейсон Чин, Саймон Фишер, Мэтью Хёрлс, Гилеан Маквейн, Дункан Одом, Джерант Рис, Сара Тейхманн, М. Мадан Бабу и Дэниел Волперт.

Институт Фрэнсиса Крика

Институт Фрэнсиса Крика – это биомедицинский исследовательский центр стоимостью 660 миллионов фунтов стерлингов, расположенный в северной части Лондона, Великобритания. Институт Фрэнсиса Крика является результатом партнерства Cancer Research UK, Имперского колледжа Лондона, Королевского колледжа Лондона, Медицинского исследовательского совета, Университетского колледжа Лондона (UCL) и фонда Wellcome Trust. Завершенный в 2016 году, он представляет собой крупнейший центр биомедицинских исследований и инноваций в Европе.