Es esencial que el material genético sea capaz de hacer copias exactas de sí mismo; de lo contrario, el crecimiento produciría desorden, la vida no podría originarse, y las formas favorables no serían perpetuadas por la selección natural.
Maurice Hugh Frederick Wilkins fue un biofísico británico nacido en Nueva Zelanda y ganador del Premio Nobel cuya investigación abarcó múltiples áreas de la física y la biofísica, contribuyendo a la comprensión científica de la fosforescencia, la separación de isótopos, la microscopía óptica y la difracción de rayos X, y al desarrollo del radar. Es más conocido por su trabajo en el King's College London sobre la estructura del ADN.
El trabajo de Wilkins sobre el ADN se divide en dos fases distintas. La primera fue en 1948–50, cuando sus estudios iniciales produjeron las primeras imágenes claras de rayos X del ADN, que presentó en una conferencia en Nápoles en 1951 a la que asistió James Watson. Durante la segunda fase, 1951–52, Wilkins produjo imágenes claras de forma "B" con forma de "X" a partir de esperma de calamar, imágenes que envió a James Watson y Francis Crick, lo que llevó a Watson a escribir "Wilkins... ha obtenido fotografías de difracción de rayos X extremadamente excelentes".
En 1953, la colega de Wilkins Rosalind Franklin instruyó a Raymond Gosling para que entregara a Wilkins una imagen de alta calidad de la forma "B" del ADN Foto 51, que ella había hecho en 1952 pero había "dejado de lado" ya que se estaba yendo del King's College London. Wilkins se la mostró a Watson. Esta imagen, junto con el conocimiento de que Linus Pauling había propuesto una estructura incorrecta del ADN, "movilizó" a Watson y Crick para reanudar la construcción de modelos. Con información adicional de reportes de investigación de Wilkins y Franklin, obtenida a través de Max Perutz, Watson y Crick describieron correctamente la estructura de doble hélice del ADN en 1953.
Wilkins continuó probando, verificando y realizando correcciones significativas al modelo de ADN de Watson–Crick y estudiando la estructura del ARN. Wilkins, Crick y Watson fueron galardonados con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1962, "por sus descubrimientos sobre la estructura molecular de los ácidos nucleicos y su significado en la transferencia de información en la materia viviente".
Primeros años y educación
Wilkins nació en Pongaroa, Nueva Zelanda, donde su padre, Edgar Henry Wilkins, era médico. Su familia provenía de Dublin, donde sus abuelos paterno y materno fueron, respectivamente, Director de la Escuela Secundaria de Dublin y un Jefe de Policía. Los Wilkins se mudaron a Birmingham, Inglaterra cuando Maurice tenía 6 años. Más tarde, asistió al Wylde Green College y luego fue a la King Edward's School, Birmingham de 1929 a 1934.
Wilkins fue al St John's College, Cambridge en 1935. Estudió el Natural Sciences Tripos especializándose en Física, y recibió un título de Bachelor of Arts. Mark Oliphant, quien fue uno de los instructores de Wilkins en St. John's, había sido designado a la Cátedra de Física en la University of Birmingham, y había designado a John Randall en su personal. Wilkins se convirtió en estudiante de doctorado de Randall en la University of Birmingham. En 1945, publicaron cuatro artículos en los Proceedings of the Royal Society sobre fosforescencia y trampas de electrones. Wilkins recibió un doctorado por este trabajo en 1940.
Carrera e investigación
Años posteriores a la guerra: 1945–50
Durante la Segunda Guerra Mundial, Wilkins desarrolló pantallas de radar mejoradas en Birmingham, luego trabajó en separación de isótopos en el Proyecto Manhattan en la University of California, Berkeley durante los años 1944–45.
Mientras tanto, Randall había sido designado a la Cátedra de Física en la University of St Andrews. En 1945, designó a Wilkins como Profesor Asistente en su departamento en la University of St Andrews. Randall estaba negociando con el Medical Research Council MRC para establecer un laboratorio que aplicara los métodos experimentales de la física a problemas de la biología. La combinación de estas disciplinas como biofísica era una idea novedosa. El MRC le dijo a Randall que esto tenía que hacerse en otra universidad. En 1946, Randall fue designado Profesor Wheatstone de Física, a cargo de todo el departamento de Física en el King's College, London, con financiamiento para establecer una Unidad de Biofísica. Llevó a Wilkins con él como Director Asistente de la unidad. Designaron un equipo de científicos capacitados tanto en ciencias físicas como biológicas. La "filosofía de gestión" era explorar el uso de muchas técnicas en paralelo, para encontrar cuáles se veían prometedoras, y luego enfocarse en ellas. Wilkins, como el científico con la experiencia más diversa en física y Director Asistente de la unidad, tenía supervisión general de los proyectos variados además de la participación directa en sus proyectos de investigación personal que incluían nuevos tipos de microscopía óptica. El King's College recibió financiamiento para construir completamente nuevos Departamentos de Física e Ingeniería donde las bóvedas bajo el nivel de Strand del patio de la universidad habían sido destruidas por bombas durante la Guerra. La Unidad de Biofísica, varios grupos de física experimental más y el grupo teórico comenzaron a mudarse, durante los primeros meses de 1952. Los laboratorios fueron abiertos formalmente por Lord Cherwell el 27 de junio. El artículo de Wilkins para Nature describió ambos departamentos, consistente con su papel de liderazgo y prestigio dentro del colegio en general.
ADN – Fase Uno
En el King's College, Wilkins realizó, entre otras cosas, trabajo de difracción de rayos X en esperma de carnero y ADN que había sido obtenido del timo de ternera por el científico suizo Rudolf Signer. El ADN del laboratorio de Signer estaba mucho más intacto que el ADN que había sido aislado previamente. Wilkins descubrió que era posible producir hilos delgados de esta solución de ADN concentrada que contenían matrices altamente ordenadas de ADN adecuadas para la producción de patrones de difracción de rayos X. Usando un grupo cuidadosamente agrupado de estos hilos de ADN y manteniéndolos hidratados, Wilkins y un estudiante graduado Raymond Gosling obtuvieron fotografías de rayos X del ADN que mostraron que la molécula de ADN larga y delgada en la muestra de Signer tenía una estructura regular, parecida a un cristal en estos hilos. Gosling dijo posteriormente "Cuando... vi por primera vez todos esos puntos de difracción discretos ...emergiendo en la película en el recipiente de revelado fue realmente un momento eureka....nos dimos cuenta de que si el ADN era el material genético, acabábamos de demostrar que ¡los genes podían cristalizar!" Este trabajo inicial de difracción de rayos X en el King's College se realizó en mayo o junio de 1950. Fue una de las fotografías de difracción de rayos X tomadas en 1950, mostrada en una reunión en Nápoles un año después, la que despertó el interés de James Watson en el ADN causándole escribir "de repente estaba emocionado por la química.....comencé a preguntarme si sería posible que me uniera a Wilkins en el trabajo sobre ADN". En ese momento, Wilkins también presentó a Francis Crick la importancia del ADN. Crick le aconsejó que trabajara en proteínas diciéndole a Wilkins "lo que deberías hacer es encontrarte una buena proteína". Wilkins sabía que los experimentos adecuados en los hilos de ADN purificado requerirían mejor equipo de rayos X. Wilkins encargó un nuevo tubo de rayos X y una nueva microcámara. También sugirió a Randall que la pronto-a-ser-designada Rosalind Franklin debería ser reasignada del trabajo en soluciones de proteína para unirse al esfuerzo del ADN.
Para el verano de 1950, Randall había arreglado una beca de investigación de tres años que financiaría a Rosalind Franklin en su laboratorio. Franklin se retrasó en terminar su trabajo en París. A finales de 1950, Randall escribió a Franklin para informarle que en lugar de trabajar en proteína, debería aprovechar el trabajo preliminar de Wilkins y que debería hacer estudios de rayos X de fibras de ADN hechas de las muestras de ADN de Signer.
Rosalind Franklin llega al King's College
A principios de 1951, Franklin finalmente llegó. Wilkins estaba de vacaciones y se perdió una reunión inicial en la que Raymond Gosling lo representó junto con Alex Stokes, quien, como Crick, resolvería las matemáticas básicas que hacen posible una teoría general de cómo las estructuras helicoidales difractan los rayos X. No se había realizado trabajo alguno sobre ADN en el laboratorio durante varios meses; el nuevo tubo de rayos X permanecía sin usar, esperando a Franklin. Franklin terminó con el ADN de Signer, Gosling se convirtió en su estudiante de doctorado, y tenía la expectativa de que el trabajo de difracción de rayos X del ADN era su proyecto. Wilkins regresó al laboratorio esperando, por el contrario, que Franklin fuera su colaboradora y que trabajaran juntos en el proyecto de ADN que él había iniciado.
El estilo de gestión de Randall causa confusión y tensión
La confusión sobre los roles de Franklin y Wilkins en relación con el esfuerzo del ADN, que luego se desarrolló en una considerable tensión entre ellos, es claramente atribuible a Randall. En su carta de nombramiento le dijo a Franklin "en cuanto al esfuerzo experimental de rayos X se refiere, por el momento solo estarán usted y Gosling". Sin embargo, Randall nunca informó a Wilkins de su decisión de darle a Franklin la responsabilidad exclusiva del esfuerzo del ADN y Wilkins solo se enteró de la carta años después de la muerte de Franklin. Posteriormente escribió "Mi opinión es muy clara: que Randall fue muy equivocado al haber escrito a Rosalind diciéndole que Stokes y yo deseábamos detener nuestro trabajo sobre ADN, sin consultarnos. Después Raymond fue muy dañino para ella y para mí".
Fase ADN dos 1951–52
Para noviembre de 1951, Wilkins tenía evidencia de que el ADN en las células así como el ADN purificado tenía una estructura helicoidal. Alex Stokes había resuelto las matemáticas básicas de la teoría de difracción helicoidal y pensaba que los datos de difracción de rayos X de Wilkins indicaban una estructura helicoidal en el ADN. Wilkins se reunió con Watson y Crick y les contó sobre sus resultados. Esta información de Wilkins, junto con información adicional obtenida por Watson cuando escuchó a Franklin hablar sobre su investigación durante una reunión de investigación del King's College, estimuló a Watson y Crick a crear su primer modelo molecular de ADN, un modelo con los esqueletos de fosfato en el centro. Al ver el modelo de la estructura propuesta, Franklin le dijo a Watson y Crick que estaba mal. Franklin basó esto en dos observaciones. Primero, experimentos de J.M. Gulland mostraron que los grupos CO- y NH2 de las bases no podían ser titulados, y por lo tanto probablemente eran inaccesibles. En segundo lugar, la evidencia cristalográfica mostró que las unidades estructurales del ADN fueron progresivamente separadas por la adición de agua, lo que llevó a la formación de un gel y luego una solución. Franklin creía que la explicación más simple de esto era que la parte hidrofílica de la molécula estuviera en el exterior. Crick intentó lograr que Wilkins continuara con esfuerzos adicionales de modelado molecular, pero Wilkins no adoptó este enfoque.
A principios de 1952, Wilkins comenzó una serie de experimentos en esperma de sepia que fueron muy alentadores. "Yo...obtuve patrones mucho más claros que el año anterior.....cuando me encontré con Bragg por casualidad le mostré el patrón muy claramente ofreció evidencia fuerte de una estructura helicoidal para el ADN....los patrones de esperma nítidos fueron muy inspiradores, y tenían el interés especial de que el esperma eran objetos vivos reales y no solo ADN purificado extraído por químicos de material viviente". Wilkins estaba particularmente interesado en si las muestras vivas producirían patrones de difracción de rayos X significativos – sus resultados mostraron que podían.
Durante 1952, Franklin también se negó a participar en esfuerzos de modelado molecular y continuó trabajando en análisis detallado paso a paso de sus datos de difracción de rayos X síntesis de Patterson. Para la primavera de 1952, Franklin había recibido permiso de Randall para pedir transferir su beca para que pudiera dejar el King's College y trabajar en el laboratorio de John Bernal en el Birkbeck College, también en Londres. Franklin permaneció en el King's College hasta mediados de marzo de 1953.
Linus Pauling había publicado una estructura propuesta pero incorrecta del ADN, cometiendo el mismo error básico que Watson y Crick habían cometido un año antes. Algunos de los que trabajaban en ADN en el Reino Unido temían que Pauling resolvería rápidamente la estructura del ADN una vez que reconociera su error y pusiera los esqueletos de las cadenas de nucleótidos en el exterior de un modelo de ADN. Después de marzo de 1952, Franklin se concentró en los datos de rayos X para la forma A del ADN menos hidratado mientras que Wilkins intentó trabajar en la forma B hidratada. Wilkins estaba en desventaja porque Franklin tenía todo el buen ADN. Wilkins obtuvo nuevas muestras de ADN, pero no era tan buena como la muestra original que había obtenido en 1950 y que Franklin continuó usando. La mayoría de sus nuevos resultados fueron para muestras biológicas como células de esperma, que también sugirieron una estructura helicoidal para el ADN. En julio de 1952, Franklin le reportó a él y a Stokes que sus resultados más recientes la hicieron dudar de la naturaleza helicoidal de la forma A.
A principios de 1953, Watson visitó el King's College y Wilkins le mostró una imagen de alta calidad del patrón de difracción de rayos X de la forma B, ahora identificada como fotografía 51, que Franklin había producido en marzo de 1952. Wilkins había mostrado esta imagen producida por Franklin sin notificar o recibir autorización del investigador principal que produjo la imagen. Con el conocimiento de que Pauling estaba trabajando en ADN y había presentado un modelo de ADN para publicación, Watson y Crick montaron un esfuerzo concentrado más para deducir la estructura del ADN. A través de Max Perutz, su supervisor de tesis, Crick obtuvo acceso a un informe de progreso del King's College que incluía información útil de Franklin sobre las características del ADN que había deducido fro
