Il est essentiel que le matériel génétique soit capable de faire des copies exactes de lui-même ; sinon la croissance produirait du désordre, la vie ne pourrait pas apparaître, et les formes favorables ne seraient pas perpétuées par la sélection naturelle.
Maurice Hugh Frederick Wilkins était un biophysicien britannique né en Nouvelle-Zélande et lauréat du prix Nobel dont les recherches ont couvert plusieurs domaines de la physique et de la biophysique, contribuant à la compréhension scientifique de la phosphorescence, de la séparation des isotopes, de la microscopie optique et de la diffraction des rayons X, et au développement du radar. Il est surtout connu pour ses travaux au King's College London sur la structure de l'ADN.
Les travaux de Wilkins sur l'ADN se divisent en deux phases distinctes. La première s'est déroulée en 1948–50, lorsque ses études initiales ont produit les premières images claires en rayons X de l'ADN, qu'il a présentées lors d'une conférence à Naples en 1951 à laquelle James Watson a assisté. Au cours de la deuxième phase, 1951–52, Wilkins a produit des images claires en forme de « X » de forme « B » à partir de sperme de calmar, des images qu'il a envoyées à James Watson et Francis Crick, ce qui a amené Watson à écrire « Wilkins... a obtenu des photographies de diffraction des rayons X extrêmement excellentes ».
En 1953, la collègue de Wilkins, Rosalind Franklin, a demandé à Raymond Gosling de remettre à Wilkins une image de haute qualité de l'ADN de forme « B » Photo 51, qu'elle avait réalisée en 1952 mais avait « mise de côté » car elle quittait le King's College London. Wilkins l'a montrée à Watson. Cette image, associée au fait que Linus Pauling avait proposé une structure incorrecte de l'ADN, a « mobilisé » Watson et Crick pour redémarrer la construction de modèles. Avec des informations supplémentaires provenant de rapports de recherche de Wilkins et Franklin, obtenus via Max Perutz, Watson et Crick ont correctement décrit la structure en double hélice de l'ADN en 1953.
Wilkins a continué à tester, vérifier et apporter des corrections importantes au modèle d'ADN de Watson–Crick et à étudier la structure de l'ARN. Wilkins, Crick et Watson ont reçu le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1962, « pour leurs découvertes concernant la structure moléculaire des acides nucléiques et sa signification pour le transfert d'information dans la matière vivante ».
Jeunesse et éducation
Wilkins est né à Pongaroa, Nouvelle-Zélande, où son père, Edgar Henry Wilkins, était médecin. Sa famille venait de Dublin, où ses grands-pères paternels et maternels étaient respectivement directeur de Dublin High School et chef de police. Les Wilkins ont déménagé à Birmingham, Angleterre, quand Maurice avait 6 ans. Plus tard, il a fréquenté Wylde Green College, puis King Edward's School, Birmingham de 1929 à 1934.
Wilkins s'est inscrit au St John's College, Cambridge en 1935. Il a étudié le Natural Sciences Tripos en se spécialisant en physique et a reçu un diplôme de Bachelor of Arts. Mark Oliphant, qui était l'un des instructeurs de Wilkins à St. John's, avait été nommé à la Chaire de physique de l'Université de Birmingham et avait nommé John Randall à son personnel. Wilkins est devenu étudiant en doctorat de Randall à l'Université de Birmingham. En 1945, ils ont publié quatre articles dans le Proceedings of the Royal Society sur la phosphorescence et les pièges à électrons. Wilkins a reçu un doctorat pour ce travail en 1940.
Carrière et recherche
Années d'après-guerre : 1945–50
Pendant la Seconde Guerre mondiale, Wilkins a développé des écrans radar améliorés à Birmingham, puis a travaillé sur la séparation des isotopes au Projet Manhattan à l'Université de Californie, Berkeley au cours des années 1944–45.
Pendant ce temps, Randall avait été nommé à la Chaire de physique de l'Université de St Andrews. En 1945, il a nommé Wilkins comme assistant conférencier dans son département à l'Université de St Andrews. Randall était en négociations avec le Conseil de la recherche médicale MRC pour mettre en place un laboratoire afin d'appliquer les méthodes expérimentales de la physique aux problèmes de biologie. La combinaison de ces disciplines en tant que biophysique était une idée nouvelle. Le MRC a dit à Randall que cela devait être fait dans une autre université. En 1946, Randall a été nommé professeur Wheatstone de physique, responsable de l'ensemble du département de physique du King's College, Londres, avec le financement pour mettre en place une unité de biophysique. Il a amené Wilkins avec lui en tant que directeur adjoint de l'unité. Ils ont nommé une équipe de scientifiques formés à la fois aux sciences physiques et biologiques. La « philosophie de gestion » était d'explorer l'utilisation de nombreuses techniques en parallèle, de découvrir lesquelles semblaient prometteuses, puis de se concentrer sur celles-ci. Wilkins, en tant que scientifique ayant la plus diverse expérience de la physique et directeur adjoint de l'unité, avait une supervision générale des divers projets en plus de son implication directe dans ses propres projets de recherche qui comprenaient de nouveaux types de microscopie optique. Le King's College a reçu un financement pour construire des nouveaux départements de physique et d'ingénierie complètement neuf où les voûtes sous le niveau Strand du parvis du collège avaient été détruites par des bombes pendant la guerre. L'unité de biophysique, plusieurs autres groupes de physique expérimentale et le groupe théorique ont commencé à s'installer au cours des premiers mois de 1952. Les laboratoires ont été inaugurés officiellement par Lord Cherwell le 27 juin. L'article de Wilkins pour Nature décrivait les deux départements, conformément à son rôle de direction et à son prestige au sein du collège en général.
ADN – Phase un
Au King's College, Wilkins a poursuivi, entre autres choses, des travaux de diffraction des rayons X sur le sperme de bélier et l'ADN qui avait été obtenu par le thymus de veau du scientifique suisse Rudolf Signer. L'ADN du laboratoire de Signer était beaucoup plus intact que l'ADN qui avait été isolé auparavant. Wilkins a découvert qu'il était possible de produire des filaments minces à partir de cette solution d'ADN concentrée qui contenait des matrices hautement ordonnées d'ADN adaptées à la production de motifs de diffraction des rayons X. En utilisant un groupe de ces filaments d'ADN soigneusement rassemblés et en les gardant hydratés, Wilkins et un étudiant diplômé Raymond Gosling ont obtenu des photographies en rayons X de l'ADN qui ont montré que la longue molécule mince d'ADN dans l'échantillon de Signer avait une structure régulière, de type cristallin dans ces filaments. Gosling a dit plus tard « Quand... j'ai d'abord vu tous ces points de diffraction discrets ...émerger sur le film dans le bac de révélateur était un vrai moment d'eurêka....nous avons réalisé que si l'ADN était le matériel génétique, nous venions de montrer que les gènes pouvaient cristalliser ! » Ce travail initial de diffraction des rayons X au King's College a été effectué en mai ou juin 1950. C'était l'une des photographies de diffraction des rayons X prises en 1950, présentée lors d'une réunion à Naples un an plus tard, qui a suscité l'intérêt de James Watson pour l'ADN, le poussant à écrire « soudain j'ai été enthousiasmé par la chimie.....j'ai commencé à me demander s'il serait possible pour moi de rejoindre Wilkins pour travailler sur l'ADN ». À cette époque, Wilkins a également présenté Francis Crick à l'importance de l'ADN. Crick lui a conseillé de travailler sur les protéines en lui disant « ce que vous devriez faire, c'est trouver une bonne protéine ». Wilkins savait que des expériences appropriées sur les filaments d'ADN purifié nécessiteraient un meilleur équipement de rayons X. Wilkins a commandé un nouveau tube à rayons X et une nouvelle microcaméra. Il a également suggéré à Randall que Rosalind Franklin, bientôt nommée, devrait être réaffectée des travaux sur les solutions protéiques pour rejoindre l'effort sur l'ADN.
Au cours de l'été 1950, Randall avait obtenu pour Rosalind Franklin une bourse de recherche de trois ans qui serait financée dans son laboratoire. Franklin avait du retard pour terminer son travail à Paris. À la fin de 1950, Randall a écrit à Franklin pour l'informer qu'au lieu de travailler sur des protéines, elle devrait profiter du travail préliminaire de Wilkins et qu'elle devrait faire des études de diffraction des rayons X sur des fibres d'ADN faites à partir des échantillons d'ADN de Signer.
Rosalind Franklin arrive au King's College
Au début de 1951, Franklin est finalement arrivée. Wilkins était en vacances et a raté une réunion initiale au cours de laquelle Raymond Gosling s'est présenté pour lui ainsi qu'Alex Stokes, qui, comme Crick, résoudrait les mathématiques de base qui rendent possible une théorie générale de la façon dont les structures hélicoïdales diffractent les rayons X. Aucun travail n'avait été effectué sur l'ADN au laboratoire pendant plusieurs mois ; le nouveau tube à rayons X restait inutilisé, attendant Franklin. Franklin a finalement reçu l'ADN de Signer, Gosling est devenu son étudiant en doctorat, et elle avait l'expectative que le travail de diffraction des rayons X sur l'ADN était son projet. Wilkins est revenu au laboratoire s'attendant, en revanche, à ce que Franklin soit sa collaboratrice et qu'ils travaillent ensemble sur le projet ADN qu'il avait commencé.
Le style de gestion de Randall cause confusion et tension
La confusion sur les rôles de Franklin et de Wilkins en relation avec l'effort sur l'ADN qui s'est développée plus tard en considérable tension entre eux est clairement imputable à Randall. Dans sa lettre de nomination, il a dit à Franklin « en ce qui concerne l'effort expérimental en rayons X, il n'y aura pour le moment que vous et Gosling ». Cependant, Randall n'a jamais informé Wilkins de sa décision de donner à Franklin l'entière responsabilité de l'effort sur l'ADN et Wilkins n'a appris la lettre que des années après la mort de Franklin. Il a écrit plus tard « Mon opinion est très claire : Randall avait très tort d'avoir écrit à Rosalind en lui disant que Stokes et moi souhaitions arrêter nos travaux sur l'ADN, sans nous consulter. Après que Raymond ait été très dommageable pour elle et pour moi ».
Phase ADN deux 1951–52
En novembre 1951, Wilkins avait la preuve que l'ADN dans les cellules ainsi que l'ADN purifié avait une structure hélicoïdale. Alex Stokes avait résolu les mathématiques de base de la théorie de la diffraction hélicoïdale et pensait que les données de diffraction des rayons X de Wilkins indiquaient une structure hélicoïdale dans l'ADN. Wilkins a rencontré Watson et Crick et leur a parlé de ses résultats. Cette information de Wilkins, associée à des informations supplémentaires obtenues par Watson quand il a entendu Franklin parler de sa recherche lors d'une réunion de recherche du King's College, a stimulé Watson et Crick à créer leur premier modèle moléculaire de l'ADN, un modèle avec les squelettes de phosphate au centre. En voyant le modèle de la structure proposée, Franklin a dit à Watson et Crick que c'était faux. Franklin s'était basée sur deux observations. Premièrement, les expériences de J.M. Gulland ont montré que les groupes CO- et NH2 des bases ne pouvaient pas être titrés, et étaient donc probablement inaccessibles. Deuxièmement, les preuves cristallographiques ont montré que les unités structurales de l'ADN étaient progressivement séparées par l'ajout d'eau, conduisant à la formation d'un gel puis d'une solution. Franklin croyait que l'explication la plus simple était que la partie hydrophile de la molécule soit à l'extérieur. Crick a tenté de persuader Wilkins de continuer les efforts de modélisation moléculaire, mais Wilkins n'a pas adopté cette approche.
Au début de 1952, Wilkins a commencé une série d'expériences sur le sperme de sepia qui étaient très encourageantes. « J'...ai obtenu des motifs beaucoup plus clairs que l'année précédente.....quand j'ai rencontré Bragg par hasard, je lui ai montré le motif qui offrait très clairement une preuve solide d'une structure hélicoïdale pour l'ADN....les motifs de sperme nets étaient très inspirants et avaient l'intérêt particulier que les spermatozoïdes étaient des objets vraiment vivants et non seulement de l'ADN purifié extrait par des chimistes de la matière vivante ». Wilkins était particulièrement intéressé par la question de savoir si des échantillons vivants pourraient produire des motifs significatifs de diffraction des rayons X – ses résultats ont montré qu'ils le pouvaient.
Au cours de 1952, Franklin a également refusé de participer aux efforts de modélisation moléculaire et a continué à travailler sur l'analyse détaillée étape par étape de ses données de diffraction des rayons X synthèse Patterson. Au printemps de 1952, Franklin avait reçu la permission de Randall de demander à transférer sa bourse afin qu'elle puisse quitter le King's College et travailler dans le laboratoire de John Bernal au Birkbeck College, également à Londres. Franklin est restée au King's College jusqu'à la mi-mars 1953.
Linus Pauling avait publié une structure proposée mais incorrecte de l'ADN, commettant la même erreur de base que Watson et Crick avaient commise un an auparavant. Certains de ceux qui travaillaient sur l'ADN au Royaume-Uni craignaient que Pauling ne résolve rapidement la structure de l'ADN une fois qu'il reconnaîtrait son erreur et mettrait les squelettes des chaînes de nucléotides à l'extérieur d'un modèle d'ADN. Après mars 1952, Franklin s'est concentrée sur les données de diffraction des rayons X pour la forme A d'ADN moins hydraté tandis que Wilkins a essayé de travailler sur la forme B hydratée. Wilkins était handicapé parce que Franklin avait tout le bon ADN. Wilkins a obtenu de nouveaux échantillons d'ADN, mais ce n'était pas aussi bon que l'échantillon original qu'il avait obtenu en 1950 et que Franklin continuait à utiliser. La plupart de ses nouveaux résultats concernaient des échantillons biologiques comme les spermatozoïdes, qui suggéraient également une structure hélicoïdale pour l'ADN. En juillet 1952, Franklin lui a rapporté ainsi qu'à Stokes que ses résultats les plus récents la faisaient douter de la nature hélicoïdale de la forme A.
Au début de 1953, Watson a visité le King's College et Wilkins lui a montré une image de haute qualité du motif de diffraction des rayons X de la forme B, maintenant identifiée comme photographie 51, que Franklin avait produite en mars 1952. Wilkins avait montré cette image produite par Franklin sans notifier ou recevoir l'autorisation du chercheur principal qui avait produit l'image. Sachant que Pauling travaillait sur l'ADN et avait soumis un modèle d'ADN pour publication, Watson et Crick ont lancé un effort concentré de plus pour déduire la structure de l'ADN. Via Max Perutz, son superviseur de thèse, Crick a obtenu accès à un rapport de progrès du King's College qui contenait des informations utiles de Franklin sur les caractéristiques de l'ADN qu'elle avait déduites fr
