É essencial que o material genético seja capaz de fazer cópias exatas de si mesmo; caso contrário, o crescimento produziria desordem, a vida não poderia se originar, e as formas favoráveis não seriam perpetuadas pela seleção natural.
Maurice Hugh Frederick Wilkins foi um biofísico britânico nascido na Nova Zelândia e Prêmio Nobel cuja pesquisa abrangeu múltiplas áreas da física e biofísica, contribuindo para a compreensão científica de fosforescência, separação de isótopos, microscopia óptica e difração de raios X, e para o desenvolvimento do radar. É mais conhecido pelo seu trabalho no King's College London sobre a estrutura do DNA.
O trabalho de Wilkins sobre DNA divide-se em duas fases distintas. A primeira foi em 1948–50, quando seus estudos iniciais produziram as primeiras imagens claras de DNA por raios X, que ele apresentou em uma conferência em Nápoles em 1951 com a presença de James Watson. Durante a segunda fase, 1951–52, Wilkins produziu imagens claras em forma de "X" da forma "B" a partir de esperma de lula, imagens que enviou a James Watson e Francis Crick, levando Watson a escrever "Wilkins... obteve fotografias de difração de raios X extremamente excelentes".
Em 1953, a colega de Wilkins Rosalind Franklin instruiu Raymond Gosling a entregar a Wilkins uma imagem de alta qualidade da forma "B" do DNA Foto 51, que ela havia feito em 1952 mas havia "colocado de lado" pois estava deixando o King's College London. Wilkins a mostrou a Watson. Esta imagem, juntamente com o conhecimento de que Linus Pauling havia proposto uma estrutura incorreta do DNA, "mobilizou" Watson e Crick para reiniciar a construção de modelos. Com informações adicionais de relatórios de pesquisa de Wilkins e Franklin, obtidas através de Max Perutz, Watson e Crick descreveram corretamente a estrutura de dupla hélice do DNA em 1953.
Wilkins continuou testando, verificando e fazendo correções significativas no modelo de DNA de Watson–Crick e estudando a estrutura do RNA. Wilkins, Crick e Watson foram agraciados com o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1962, "por suas descobertas sobre a estrutura molecular dos ácidos nucleicos e sua importância para a transferência de informações no material vivo."
Primeiros anos e educação
Wilkins nasceu em Pongaroa, Nova Zelândia, onde seu pai, Edgar Henry Wilkins, era médico. Sua família havia vindo de Dublin, onde seus avós paterno e materno eram, respectivamente, Diretor de Dublin High School e Chefe de Polícia. Os Wilkins se mudaram para Birmingham, Inglaterra quando Maurice tinha 6 anos. Posteriormente, frequentou Wylde Green College e depois foi para King Edward's School, Birmingham de 1929 a 1934.
Wilkins foi para St John's College, Cambridge em 1935. Estudou o Natural Sciences Tripos especializando-se em Física e recebeu um diploma de Bachelor of Arts. Mark Oliphant, que foi um dos instrutores de Wilkins em St. John's, havia sido nomeado para a Cadeira de Física da University of Birmingham, e havia nomeado John Randall para sua equipe. Wilkins tornou-se aluno de doutorado de Randall na University of Birmingham. Em 1945, publicaram quatro artigos em Proceedings of the Royal Society sobre fosforescência e armadilhas de elétrons. Wilkins recebeu um PhD por este trabalho em 1940.
Carreira e pesquisa
Anos pós-guerra: 1945–50
Durante a Segunda Guerra Mundial, Wilkins desenvolveu telas de radar aprimoradas em Birmingham, depois trabalhou na separação de isótopos no Manhattan Project na University of California, Berkeley durante os anos 1944–45.
Enquanto isso, Randall havia sido nomeado para a Cadeira de Física da University of St Andrews. Em 1945, ele nomeou Wilkins como Assistente de Palestras em seu departamento na University of St Andrews. Randall estava negociando com o Medical Research Council MRC para estabelecer um laboratório para aplicar os métodos experimentais da física a problemas de biologia. A combinação dessas disciplinas como biofísica era uma ideia nova. O MRC disse a Randall que isso teria que ser feito em outra universidade. Em 1946 Randall foi nomeado Wheatstone Professor of Physics, encarregado de todo o departamento de Física do King's College, London, com financiamento para estabelecer uma Unidade de Biofísica. Ele trouxe Wilkins consigo como Diretor Assistente da unidade. Nomearam uma equipe de cientistas treinados em ciências físicas e biológicas. A "filosofia de gestão" era explorar o uso de muitas técnicas em paralelo, para encontrar quais pareciam promissoras, e depois focar nessas. Wilkins, como o cientista com a experiência mais diversa de física e Diretor Assistente da unidade, tinha supervisão geral dos vários projetos além do envolvimento direto em seus projetos de pesquisa pessoal que incluíram novos tipos de microscopia óptica. King's College recebeu financiamento para construir departamentos completamente novos de Física e Engenharia onde cofres sob o nível da Strand do pátio frontal do College foram destruídos por bombas durante a Guerra. A Unidade de Biofísica, vários grupos de física experimental e o grupo teórico começaram a se mudar, durante os primeiros meses de 1952. Os laboratórios foram abertos formalmente por Lord Cherwell em 27 de junho. O artigo de Wilkins para Nature descrevia ambos os departamentos, consistente com seu papel de liderança e prestígio no colégio em geral.
DNA – Fase Um
No King's College, Wilkins perseguiu, entre outras coisas, trabalho de difração de raios X em esperma de carneiro e DNA que havia sido obtido do timo de bezerro pelo cientista suíço Rudolf Signer. O DNA do laboratório de Signer era muito mais intacto do que o DNA que havia sido isolado anteriormente. Wilkins descobriu que era possível produzir fios finos dessa solução de DNA concentrada que continha arranjos altamente ordenados de DNA adequados para a produção de padrões de difração de raios X. Usando um grupo cuidadosamente agrupado desses fios de DNA e mantendo-os hidratados, Wilkins e um estudante de pós-graduação Raymond Gosling obtiveram fotografias de raios X do DNA que mostraram que a molécula de DNA longa e fina da amostra de Signer tinha uma estrutura regular, semelhante a cristal, nesses fios. Gosling disse mais tarde "Quando... vi pela primeira vez todos aqueles pontos de difração discreta ...emergiram no filme na bacia de revelação foi um verdadeiro momento eureka....percebemos que se o DNA fosse o material genético, então tínhamos apenas mostrado que genes poderiam cristalizar!" Este trabalho inicial de difração de raios X em King's College foi feito em maio ou junho de 1950. Foi uma das fotografias de difração de raios X tiradas em 1950, mostrada em uma reunião em Nápoles um ano depois, que despertou o interesse de James Watson em DNA levando-o a escrever "de repente fiquei empolgado com química.....comecei a me perguntar se seria possível para mim me juntar a Wilkins trabalhando em DNA". Naquele momento, Wilkins também apresentou Francis Crick à importância do DNA. Crick o aconselhou a trabalhar em proteínas dizendo a Wilkins "o que você deveria fazer é encontrar uma boa proteína". Wilkins sabia que experimentos adequados nos fios de DNA purificado exigiriam melhor equipamento de raios X. Wilkins encomendou um novo tubo de raios X e uma nova microcâmera. Ele também sugeriu a Randall que a Rosalind Franklin, em breve nomeada, deveria ser reatribuída do trabalho em soluções de proteínas para se juntar ao esforço de DNA.
No verão de 1950, Randall havia arranjado uma bolsa de pesquisa de três anos que financiaria Rosalind Franklin em seu laboratório. Franklin atrasou-se em terminar seu trabalho em Paris. No final de 1950, Randall escreveu para Franklin informá-la que, em vez de trabalhar em proteína, ela deveria aproveitar o trabalho preliminar de Wilkins e que deveria fazer estudos de raios X de fibras de DNA feitas a partir das amostras de DNA de Signer.
Rosalind Franklin chega ao King's College
No início de 1951 Franklin finalmente chegou. Wilkins estava de férias e perdeu uma reunião inicial na qual Raymond Gosling atuou por ele junto com Alex Stokes, que, assim como Crick, resolveria a matemática básica que torna possível uma teoria geral de como estruturas helicoidais difratam raios X. Nenhum trabalho havia sido feito com DNA no laboratório por vários meses; o novo tubo de raios X estava sem uso, esperando por Franklin. Franklin acabou com o DNA de Signer, Gosling tornou-se seu aluno de PhD, e ela tinha a expectativa de que o trabalho de difração de raios X do DNA era seu projeto. Wilkins retornou ao laboratório esperando, por outro lado, que Franklin fosse sua colaboradora e que trabalhassem juntos no projeto de DNA que ele havia iniciado.
O estilo de gestão de Randall causa confusão e tensão
A confusão sobre os papéis de Franklin e Wilkins em relação ao esforço de DNA que mais tarde desenvolveu-se em considerável tensão entre eles é claramente atribuível a Randall. Em sua carta de nomeação, ele disse a Franklin "no que diz respeito ao esforço experimental de raios X, por enquanto haverá apenas você e Gosling". No entanto, Randall nunca informou Wilkins de sua decisão de dar a Franklin responsabilidade exclusiva pelo esforço de DNA e Wilkins só soube da carta anos após a morte de Franklin. Ele mais tarde escreveu "Minha opinião é muito clara: que Randall estava muito errado ao ter escrito para Rosalind dizendo a ela que Stokes e eu desejávamos interromper nosso trabalho sobre DNA, sem nos consultar. Depois Raymond foi muito prejudicial para ela e para mim".
DNA Fase dois 1951–52
Em novembro de 1951, Wilkins tinha evidência de que o DNA em células bem como o DNA purificado tinha uma estrutura helicoidal. Alex Stokes havia resolvido a matemática básica da teoria de difração helicoidal e pensava que os dados de difração de raios X de Wilkins indicavam uma estrutura helicoidal no DNA. Wilkins reuniu-se com Watson e Crick e contou-lhes sobre seus resultados. Esta informação de Wilkins, juntamente com informações adicionais obtidas por Watson quando ouviu Franklin falar sobre sua pesquisa durante uma reunião de pesquisa do King's College, estimulou Watson e Crick a criar seu primeiro modelo molecular de DNA, um modelo com os backbones de fosfato no centro. Ao visualizar o modelo da estrutura proposta, Franklin disse a Watson e Crick que estava errado. Franklin baseou-se isso em duas observações. Primeiro, experimentos de J.M. Gulland mostraram que os grupos CO- e NH2 das bases não poderiam ser titulados e, portanto, provavelmente eram inacessíveis. Em segundo lugar, evidências cristalográficas mostraram que as unidades estruturais do DNA eram progressivamente separadas pela adição de água, levando à formação de um gel e depois de uma solução. Franklin acreditava que a explicação mais simples disso era a parte hidrofílica da molécula estar do lado de fora. Crick tentou levar Wilkins a continuar com esforços adicionais de modelagem molecular, mas Wilkins não adotou essa abordagem.
No início de 1952, Wilkins começou uma série de experimentos em esperma de sépia que foram muito encorajadores. "Eu...obtive padrões muito mais claros do que no ano anterior.....quando encontrei Bragg por acaso, mostrei a ele o padrão muito claramente oferecia forte evidência de uma estrutura helicoidal para o DNA....os padrões agudos de esperma foram muito inspiradores e tinham o interesse especial de que espermas eram objetos reais vivos e não apenas DNA purificado extraído por químicos de material vivo". Wilkins estava particularmente interessado em saber se amostras vivas produziriam padrões significativos de difração de raios X – seus resultados mostraram que poderiam.
Durante 1952, Franklin também se recusou a participar de esforços de modelagem molecular e continuou a trabalhar na análise detalhada passo a passo de sua síntese Patterson de dados de difração de raios X. Na primavera de 1952, Franklin havia recebido permissão de Randall para pedir para transferir sua bolsa para que pudesse deixar King's College e trabalhar no laboratório de John Bernal no Birkbeck College, também em Londres. Franklin permaneceu no King's College até meados de março de 1953.
Linus Pauling havia publicado uma estrutura proposta mas incorreta do DNA, cometendo o mesmo erro básico que Watson e Crick haviam cometido um ano antes. Alguns dos que trabalhavam com DNA no Reino Unido temiam que Pauling resolveria rapidamente a estrutura do DNA uma vez que reconhecesse seu erro e colocasse os backbones das cadeias de nucleotídeos no exterior de um modelo de DNA. Após março de 1952, Franklin concentrou-se nos dados de raios X da forma A de DNA menos hidratado, enquanto Wilkins tentou trabalhar na forma B hidratada. Wilkins foi prejudicado porque Franklin tinha todo o bom DNA. Wilkins obteve novas amostras de DNA, mas não era tão bom quanto a amostra original que havia obtido em 1950 e que Franklin continuava usando. A maioria de seus novos resultados foi para amostras biológicas como células de esperma, que também sugeriram uma estrutura helicoidal para o DNA. Em julho de 1952, Franklin relatou a ele e Stokes que seus resultados mais novos a fizeram duvidar da natureza helicoidal da forma A.
No início de 1953, Watson visitou King's College e Wilkins mostrou a ele uma imagem de alta qualidade do padrão de difração de raios X da forma B, agora identificado como fotografia 51, que Franklin havia produzido em março de 1952. Wilkins havia mostrado esta imagem produzida por Franklin sem notificar ou receber autorização do investigador principal que produziu a imagem. Com o conhecimento de que Pauling estava trabalhando com DNA e havia submetido um modelo de DNA para publicação, Watson e Crick montaram mais um esforço concentrado para deduzir a estrutura do DNA. Através de Max Perutz, seu supervisor de tese, Crick obteve acesso a um relatório de progresso do King's College que incluía informações úteis de Franklin sobre as características do DNA que ela havia deduzido fr
