Уотсон вклад в биологию кратко. Френсис Крик и Джеймс Уотсон «Открытие вторичной структуры ДНК. Достижения и вклады

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

Английский физик (по образованию), лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине за 1962 год(совместно с Джеймсом Уотсоном и Морисом Уилкинсом ) с формулировкой: «за открытие ими молекулярной структуры нуклеиновых кислот и её значения в передаче информации в живой материи».

Во время Второй мировой войны работал в Адмиралтействе, где разрабатывал магнитные и акустические мины для английского флота.

В 1946 году Фрэнсис Крик прочёл книгу Эрвина Шрёдингера : Что такое жизнь с точки зрения физики? и решил оставить исследования в области физики и заняться проблемами биологии. Позже он написал, что для того, чтобы перейти от физики к биологии нужно «почти заново родиться».

В 1947 году Фрэнсис Крик оставил Адмиралтейство, и примерно одновременно с Лайнусом Полингом выдвинул гипотезу, что дифракционная картина белков определялась альфа-спиралями, обёрнутыми одна вокруг другой.

Фрэнсис Крик интересовался двумя фундаментальными нерешёнными проблемами биологии:
- как молекулы позволяют осуществить переход от неживого к живому?
- каким образом мозг осуществляет мышление?.

В 1951 году Фрэнсис Крик познакомился с Джеймсом Уотсоном и вместе они в 1953 обратились к анализу структуры ДНК.

«Карьеру Ф. Крика нельзя назвать быстрой и яркой. В свои тридцать пять он ещё не получил статус PhD (PhD примерно соответствует званию кандидата наук - Прим. И.Л. Викентьева).
Немецкие бомбы разрушили лабораторию в Лондоне, где он должен был заниматься измерением вязкости тёплой воды под давлением.
Крик не очень расстроился из-за того, что его карьера в физике зашла в тупик. Его и раньше манила к себе биология, поэтому он быстро нашёл себе работу в Кембридже, где его темой стало измерение вязкости цитоплазмы клеток. Кроме того, он занимался кристаллографией в Кавендише.
Но у Крика не хватало ни терпения для того, чтобы успешно развивать свои научные идеи, ни должной исполнительности для того, чтобы развивать чужие. Его постоянные насмешки над окружающими, пренебрежение к собственной карьере в сочетании с самоуверенностью и привычкой давать советы другим раздражали коллег по Кавендишу.
Но Крик и сам был не в восторге от научной направленности лаборатории, сконцентрировавшейся исключительно на белках. Он был уверен, что поиск идет не в том направлении. Тайна генов скрывается не в белках, а в ДНК. Соблазненный идеями Уотсона , он забросил собственные исследования и сосредоточился на изучении молекулы ДНК.
Так появился великий дуэт двух по-дружески соперничающих талантов: молодого амбициозного американца, знающего немного биологию, и ярко мыслящего, но несобранного тридцатипятилетнего британца, разбирающегося в физике.
Соединение двух противоположностей вызвало экзотермическую реакцию.
Уже через несколько месяцев, собрав воедино свои и ранее полученные другими, но не обработанные данные, два учёных подошли вплотную к величайшему открытию во всей истории человечества - расшифровке структуры ДНК. […]
Но ошибки не было.
Всё оказалось чрезвычайно просто: ДНК содержит в себе код, записанный вдоль всей её молекулы - элегантно вытянутой двойной спирали, которая может быть сколь угодно длинной.
Код копируется благодаря химическому сродству между составляющими химическими соединениями - буквами кода. Комбинации букв представляют собой текст прописи молекулы белка, записанный пока неизвестным кодом. Ошеломляющей была простота и изящность структуры ДНК.
Позже Ричард Докинс (Richard Dawkins писал: «Что действительно было революционным в эре молекулярной биологии, наступившей после открытия Уотсона и Крика, - это то, что код жизни был записан в цифровой форме, до невероятного похожей на код компьютерной программы».

Мэтт Ридли, Геном: автобиография вида в 23 главах, М., «Эксмо», 2009 г., с.69-71.

Проанализировав полученные Морисом Уилкинсом данные по рассеянию рентгеновских лучей на кристаллах ДНК, Фрэнсис Крик вместе с Джеймсом Уотсоном построил в 1953 году модель трёхмерной структуры этой молекулы, получившей название «Модель Уотсона – Крика».

Фрэнсис Крик написал сыну в 1953 горду: «Джим Уотсон и я сделали, возможно, важнейшее открытие... Теперь мы уверены, что ДНК - это код. Так, последовательность оснований («букв») делает один ген непохожим на другой (так же, как отличаются одна от другой страницы печатного текста). Ты можешь представить себе, как Природа делает копии генов: если две цепи расплести на две отдельные цепи, Ф каждая цепь присоединит ещё одну цепь, то А всегда будет с Т, а Г - с Ц, и мы получим две копии вместо одной. Другими словами, мы думаем, что нашли осново-полагающий механизм, с помощью которого жизнь возникает из жизни... Можешь понять, как мы взволнованы».

Цитируется по Мэтт Ридли, Жизнь – это дискретный код, в Сб.: Теории всего на свете / Под ред. Джона Брокмана, М., «Бином»; «Лаборатория знаний», 2016 г., с. 11.

Именно Фрэнсис Крик в 1958 году «… сформулировал «центральную догму молекулярной биологии», по которой передача наследственной информации идет только в одном направлении, а именно от ДНК к РНК и от РНК к белку .
Смысл её состоит в том, что генетическая информация, записанная в ДНК, реализуется в виде белков, но не непосредственно, а при помощи родственного полимера - рибонуклеиновой кислоты (РНК), и этот путь от нуклеиновых кислот к белкам необратим. Таким образом, ДНК синтезируется на ДНК, обеспечивая собственную редупликацию, т.е. воспроизведение исходного генетического материала в поколениях. РНК также синтезируется на ДНК, в результате чего происходит переписывание (транскрипций) генетической информации в форму многочисленных копий РНК. Молекулы РНК служат матрицами для синтеза белков - генетическая информация транслируется в форму полипептидных цепей».

Гнатик Е.Н., Человек и его перспективы в свете антропогенетики: философский анализ, М., Изд-во Российского университета дружбы народов, 2005 г., с. 71.

«В 1994 году вышла вызвавшая широкий резонанс книга Фрэнсиса Крика «Удивительная гипотеза. Научный поиск души».
Крик настроен скептически по отношению к философам и философии вообще, считая неплодотворными их абстрактные рассуждения. Получивший Нобелевскую премию за расшифровку ДНК (совместо с Дж. Уотсоном и М. Уилкинсом), он поставил перед собой следующую задачу: расшифровать природу сознания на основе конкретных фактов работы мозга.
По большому счёту его волнует не вопрос «что такое сознание?», а то как мозг производит его.
Он говорит: ««Вы», Ваши радости и печали, Ваши воспоминания и амбиции, Ваше чувство личностной тождественности и свободы воли в действительности представляют собой не большее, нежели поведение огромного сообщества нервных клеток и их взаимодействующих молекул».
Больше всего Крика занимает вопрос: каков характер структур и закономерностей, обеспечивающих связь и единство сознательного акта («the binding problem»)?
Почему получаемые мозгом очень разные стимулы оказываются связанными между собой таким образом, что в итоге продуцируют унифицированный опыт, например образ идущего кота?
Именно в характере связей мозга, считает он, следует искать объяснение феномена сознания.
«Удивительная гипотеза», собственно, состоит в том, что ключом к пониманию природы сознания и его качественных образов, возможно, являются фиксируемые в опытах синхронизированные вспышки нейронов в диапазоне от 35 до 40 Герц в сетях, связывающих таламус с корой головного мозга.
Естественно, что и философы, и когнитивные учёные усомнились, что из колебания нервных волокон, возможно, действительно связанных с проявлением феноменальных черт опыта, можно строить гипотезы о сознании и его когнитивных процессах мышления».

Юдина Н.С., Сознание, физикализм, наука, в Сб.: Проблема сознания в философии и науке / Под ред. Д.И. Дубровского, М., «Канон +», 2009 г., с.93.

Работа по биологии

Романовой Анастасии

Френсис Крик

Джеймс Уотсон

«Открытие вторичной структуры ДНК»

Начало этой истории можно принять за шутку. "А мы только что открыли секрет жизни!" – сказал один из двоих мужчин, вошедших в кембриджский Игл паб ровно 57 лет назад – 28 февраля 1953 года. И эти люди, работавшие в лаборатории неподалеку, нисколько не преувеличивали. Одного из них звали Френсис Крик, а другого – Джеймс Уотсон.

Биография:

Фрэнсис Крик

В военные годы Крик 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», вышедшую в свет в 1944 году. 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 Крика, что он, намереваясь заняться физикой частиц, переключился на биологию. При поддержке Уилла Крик получил стипендию Совета по медицинским исследованиям и в 1947 году начал работать в Стрэнджвейской лаборатории в Кембридже. Здесь он изучал биологию, органическую химию и методы рентгеновской дифракции, используемые для определения пространственной структуры молекул.

Джеймс Девей Уотсон

В Чикаго он 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. Став бакалавром естественных наук в университете Чикаго в 1947 году, он продолжил образование в Индианском университете Блумингтона.
К этому времени Уотсон заинтересовался генетикой и начал обучение в Индиане под руководством специалиста в этой области Германа Дж Меллера и бактериолога Сальвадора Лурия. Уотсон написал диссертацию о влиянии рентгеновских лучей на размножение бактериофагов (вирусов , инфицирующих бактерии) и получил в 1950 году степень доктора философии. 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 фагом стали его тяготить, ему хотелось узнать больше об истинной структуре молекул ДНК, о которых так увлеченно говорили генетики.

В октябре 1951 года ученый отправился в Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета для исследования пространственной структуры белков совместно с Кендрю. Там он познакомился с Фрэнсисом Криком, (физиком, интересовавшимся биологией), писавшим в то время докторскую диссертацию.
Впоследствии у них установились тесные творческие контакты. «Это была интеллектуальная любовь с первого взгляда, – утверждает один историк науки. 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.

К пятидесятым годам было известно, что ДНК – большая молекула, состоящая из соединенных между собой в линию нуклеотидов. Также ученые знали, что именно ДНК отвечает за хранение и передачу по наследству генетической информации. 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. Прикованный нефритом к постели Полинг несколько часов складывал бумагу, которой он пытался смоделировать конфигурацию белковой молекулы, и создал модель структуры, названной "альфа-спиралью".

По словам Уотсона, после этого открытия в их лаборатории была популярна гипотеза о спиральном строении ДНК. Уотсон и Крик сотрудничали с ведущими специалистами по рентгеноструктурному анализу, а Крик умел практически безошибочно обнаруживать признаки спирали на снимках, полученных таким способом.

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 тайно показал Уотсону и Крику рентгеновский снимок молекулы ДНК, сделанный его сотрудницей Розалиндой 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.

В течение последующих восьми месяцев Уотсон и Крик обобщили полученные результаты с уже имевшимися, сделав сообщение о структуре ДНК в феврале 1953 года.

Месяцем позже они создали трехмерную модель молекулы ДНК, сделанную из шариков, кусочков картона и проволоки.
Согласно модели Крика-Уотсона ДНК представляет двойную спираль, состоящую из двух цепей дезоксирибозофосфата, соединенных парами оснований аналогично ступенькам лестницы. Посредством водородных связей аденин соединяется с тимином, а гуанин - с цитозином.

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.

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.
«Наша структура, – писали Уотсон и Крик, – состоит, таким образом, из двух цепочек, каждая из которых является комплементарной по отношению к другой».

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.

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 Розалинда Франклин и не поддерживала гипотезу о спиральном строении ДНК, именно ее снимки сыграли решающую роль в открытии Уотсона и Крика.

Позже предложенная Уотсоном и Криком модель строения ДНК была доказана. А в 1962 г. их работа была отмечена Нобелевской премией по физиологии и медицине «за открытия в области молекулярной структуры нуклеиновых кислот и за определение их роли для передачи информации в живой материи». Среди лауреатов не было скончавшейся к тому времени (от рака в 1958 году) Розалинды Франклин, так как премия не присуждается посмертно.

ём 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».

https://pandia.ru/text/78/209/images/image004_142.jpg" width="624" height="631 src=">

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 К. переехали в Лондон. Будучи студентом школы Милл-Хилл, К. 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, К. 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. Около 20 важнейших аминокислот служат мономерными звеньями, из которых построены все белки. Изучая вопрос, определенный им как «граница между живым и неживым», К. пытался найти химическую основу генетики, которая, как он предполагал, могла быть заложена в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК).

Генетика как наука возникла в 1866 г., когда Грегор Мендель сформулировал положение, что «элементы», названные позднее генами, определяют наследование физических свойств. Спустя три года швейцарский биохимик Фридрих Мишер открыл нуклеиновую кислоту и показал, что она содержится в ядре клетки. На пороге нового века ученые обнаружили, что гены располагаются в хромосомах, структурных элементах ядра клетки. В первой половине XX в. биохимики определили химическую природу нуклеиновых кислот, а в 40-х гг. исследователи обнаружили, что гены образованы одной из этих кислот, ДНК. Было доказано, что гены, или ДНК, управляют биосинтезом (или образованием) клеточных белков, названных ферментами, и таким образом контролируют биохимические процессы в клетке.

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.

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.

Крик Фрэнсис Харри Комптон был одним из двух молекулярных биологов, которые разгадали тайну структуры носителя генетической информации (ДНК), тем самым положив начало современной молекулярной биологии. После этого фундаментального открытия он внес значительный вклад в понимание генетического кода и работы генов, а также в нейробиологию. Разделил Нобелевскую премию по медицине 1962 г. с Джеймсом Уотсоном и Морисом Уилкинсом за выяснение структуры ДНК.

Фрэнсис Крик: биография

Старший из двух сыновей, Фрэнсис, родился в семье Гарри Крика и Элизабет Энн Уилкинс 8 июня 1916 года в Нортгемптоне, Англия. Он учился в местной гимназии и уже в раннем возрасте увлекся экспериментами, часто сопровождавшимися химическими взрывами. В школе он получил приз за сбор полевых цветов. Кроме того, он был помешан на теннисе, но не сильно интересовался другими играми и видами спорта. В возрасте 14 лет Фрэнсис получил стипендию школы Милл-Хилл на севере Лондона. Четыре года спустя, в 18 лет, он поступил в университетский колледж. К его совершеннолетию родители переехали из Нортгемптона в Милл-Хилл, и это позволило Фрэнсису во время учебы жить дома. Он получил диплом с отличием в области физики.

После бакалавриата Фрэнсис Крик под руководством да Коста Андраде в университетском колледже занимался исследованиями вязкости воды под давлением и при высоких температурах. В 1940 г. Фрэнсис получил гражданскую должность в Адмиралтействе, где работал над проектированием противокорабельных мин. В начале года Крик женился на Рут Дорин Додд. Их сын Майкл родился во время воздушного налета на Лондон 25 ноября 1940 года. К концу войны Фрэнсис был приписан к научной разведке в штаб-квартире британского Адмиралтейства в Уайтхолле, где занимался разработкой оружия.

На грани живого и неживого

Понимая, что ему потребуется дополнительное обучение, чтобы удовлетворить свое желание заняться фундаментальными исследованиями, Крик решил работать над ученой степенью. По его словам, он был очарован двумя областями биологии - границей между живым и неживым и деятельностью головного мозга. Крик выбрал первую, несмотря на то что мало знал о предмете. После предварительных исследований в университетском колледже в 1947 году он остановился на программе в лаборатории в Кембридже под руководством Артура Хьюза, касавшейся работы над физическими свойствами цитоплазмы культуры куриных фибробластов.

Два года спустя Крик присоединился к группе Совета по медицинским исследованиям в Кавендишской лаборатории. В нее вошли британские академики Макс Перуц и Джон Кендрю (будущие Нобелевские лауреаты). Фрэнсис стал с ними сотрудничать якобы для изучения структуры белка, но в действительности для работы с Уотсоном над разгадкой строения ДНК.

Двойная спираль

В 1947 г. Фрэнсис Крик развелся с Дорин и в 1949-ом женился на Одиль Спид, студентке-художнице, с которой он познакомился, когда она служила на флоте во время его службы в Адмиралтействе. Их брак совпал с началом его кандидатской работы по рентгеновской дифрактометрии белков. Это метод изучения кристаллического строения молекул, позволяющий определить элементы их трехмерной структуры.

В 1941 году Кавендишской лабораторией руководил сэр Уильям Лоренс Брэгг, который являлся пионером метода рентгеновской дифракции сорок лет назад. В 1951 г. к Крику присоединился Джеймс Уотсон, приглашенный американец, который учился у итальянского врача Сальвадора Эдварда Лурии и являлся членом группы физиков, изучавших бактериальные вирусы, известные как бактериофаги.

Как и его коллеги, Уотсон был заинтересован в раскрытии состава генов и думал, что разгадка структуры ДНК является наиболее перспективным решением. Неформальное партнерство между Криком и Уотсоном развивалось благодаря схожим амбициям и подобным мыслительным процессам. Их опыт дополнял друг друга. К моменту их первой встречи Крик многое знал о рентгеновской дифракции и структуре белка, а Уотсон был хорошо осведомлен о бактериофагах и бактериальной генетике.

Данные Франклин

Фрэнсис Крик и были осведомлены о работе биохимиков Мориса Уилкинса и из Королевского колледжа в Лондоне, которые с помощью рентгеновской дифракции исследовали строение ДНК. Крик, в частности, призывал лондонскую группу строить модели, подобные тем, которые делал в США для решения проблемы альфа-спирали белка. Полинг, отец концепции химической связи, показал, что протеины обладают трехмерной структурой и не являются просто линейными цепочками аминокислот.

Уилкинс и Франклин, действуя независимо, предпочитали более осознанный экспериментальный подход теоретическому, моделирующему методу Полинга, которого придерживался Фрэнсис. Так как группа в Королевском колледже не реагировала на их предложения, Крик и Уотсон посвятили часть двухлетнего периода обсуждениям и рассуждениям. В начале 1953 г. они начали строить модели ДНК.

Структура ДНК

Используя данные рентгеновской дифракции Франклин, методом многих проб и ошибок они создали модель молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, которая согласовывалась с выводами лондонской группы и данными биохимика Эрвина Чаргаффа. В 1950 г. последний продемонстрировал, что относительное количество четырех нуклеотидов, которые составляют ДНК, следует определенным правилам, одним из которых являлось соответствие количества аденина (А) количеству тимина (Т) и количества гуанина (G) количеству цитозина (C). Такая связь предполагает парность А и Т и G и C, опровергая идею о том, что ДНК - это не более чем тетрануклеотид, то есть простая молекула, состоящая из всех четырех оснований.

Весной и летом 1953 года Уотсон и Крик написали четыре статьи о структуре и предполагаемых функциях дезоксирибонуклеиновой кислоты, первая из которых появилась 25 апреля в журнале Nature. Публикации сопровождались работами Уилкинса, Франклин и их коллег, представивших экспериментальные доказательства модели. Уотсон выиграл жребий и поставил свою фамилию первой, таким образом навсегда связав фундаментальное научное достижение с парой Уотсон-Крик.

Генетический код

В течение следующих нескольких лет Фрэнсис Крик изучал взаимосвязь между ДНК и Его сотрудничество с Верноном Инграмом привело к демонстрации в 1956 г. отличия состава гемоглобина серповидноклеточной анемии от нормального на одну аминокислоту. Исследование представило доказательства того, что генетические заболевания могут быть связаны с отношением ДНК-белок.

Примерно в это же время к Крику в Кавендишской лаборатории присоединился генетик и молекулярный биолог из ЮАР Сидней Бреннер. Они начали заниматься «проблемой кодирования» - определением того, как последовательность оснований ДНК образует последовательность аминокислот в белке. Работа была впервые представлена в 1957 году под названием «О синтезе белка». В ней Крик сформулировал основной постулат молекулярной биологии, согласно которому, информацию, переданную протеину, вернуть уже нельзя. Он прогнозировал механизм синтеза протеина путем передачи информации от ДНК к РНК и от РНК к белку.

Институт Солка

В 1976 году во время отпуска Крику была предложена постоянная должность в Институте биологических исследований Солка в Ла-Хойе, штат Калифорния. Он согласился и всю оставшуюся части своей жизни работал в Институте Солка, в том числе в должности директора. Здесь Крик начал изучать функционирование головного мозга, который интересовал его с самого начала научной карьеры. В основном он занимался сознанием и пытался подойти к этой проблеме через изучение видения. Крик опубликовал несколько спекулятивных работ о механизмах сновидений и внимания, но, как он написал в своей автобиографии, ему еще предстояло произвести на свет какую-либо теорию, которая бы одновременно была новой и убедительно объясняла многие экспериментальные факты.

Интересным эпизодом деятельности в Институте Солка стало развитие его идеи «направленной панспермии». Вместе с Лесли Оргелом он опубликовал книгу, в которой предположил, что микробы витали в космическом пространстве, чтобы в итоге достичь Земли и засеять ее, и что это было сделано в результате действий «кого-то». Так Фрэнсис Крик опроверг теорию креационизма, продемонстрировав, как можно представить спекулятивные идеи.

Награды ученого

За свою карьеру энергичного теоретика современной биологии Фрэнсис Крик собирал, улучшал и синтезировал экспериментальные работы других и привносил свои необычные выводы для решения фундаментальных проблем науки. Его экстраординарные усилия, помимо Нобелевской премии, принесли ему множество наград. К ним относятся премия Ласкера, премия Французской академии наук имени Чарльза Майера и медаль Королевского общества Копли. В 1991-ом он был принят в члены Ордена Заслуг.

Крик умер 28 июля 2004 г. в Сан-Диего в возрасте 88 лет. В 2016 г. на севере Лондона был построен Институт Фрэнсиса Крика. Строение стоимостью 660 млн фунтов стало крупнейшим центром биомедицинских исследований в Европе.