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罗莎琳德·富兰克林:隐于幕后的DNA之母,以及她被误解却又伟大的短暂一生

发布日期:2020年07月26日浏览量:

1920年7月25日,100年前的今天,罗莎琳德·富兰克林(Rosalind Elsie Franklin)出生于英国伦敦一个富裕的犹太人家庭。

富兰克林为DNA双螺旋结构的发现做出了卓越贡献,却未能获得应有的荣誉。甚至在《双螺旋》一书中被沃森描述为Dark Lady,称其难以沟通,不能解释自己的研究数据。然而也正是沃森在《双螺旋》中的描述,让更多人知道了富兰克林。

BioWorld谨以此文纪念富兰克林诞辰100周年,回顾她在揭开DNA双螺旋结构中的贡献,以及她在其他领域所做的杰出却并未广为人知的成就。

1951年,年仅23岁的詹姆斯·沃森(James Watson)博士毕业后前往英国剑桥大学卡文迪许实验室进修,沃森在这里遇到了正在准备博士论文的弗朗西斯·克里克(Francis Crick),两人一拍即合,从1951年10月开始转向DNA结构方向的研究。

当时在研究DNA结构的并不只有沃森和克里克,伦敦国王学院的威尔金斯(Maurice Wilkins)和罗莎琳德·富兰克林(Rosalind Franklin)等人在当时已经在探究DNA结构的秘密。

1952年,沃森和克里克率先发表了一篇DNA为三螺旋结构的论文,罗莎琳德·富兰克林在卡文迪许实验室看到这个三螺旋结构模型后,毫不留情地指出了错误,这让沃森和克里克在实验室的领导劳伦斯·布拉格(Lawrence Bragg,25岁时获得诺贝尔物理学奖)觉得很没面子,于是暂停了二人的DNA结构研究。

1952年5月,富兰克林和她的研究生雷蒙·高斯林(Raymond Gosling)拍到了一张B型DNA的X射线晶体衍射照片,也就是著名的“照片51号”,被誉为“几乎是有史以来最美的一张X射线照片。”

富兰克林对自己所在的伦敦国王学院感到非常不满,一方面因为自己作为一个女性,在满是男性主导的地方受到了不公正待遇,另一方面是她不喜欢国王学院过于浓厚的宗教氛围。

1952年底,富兰克林决定离开伦敦国王学院,前往伦敦大学伯贝克学院开始新的研究生涯。此时,富兰克林的研究生雷蒙·高斯林将“照片51号”作为纪念品送给了威尔金斯。

1953年1月,威尔金斯将“照片51号”的副本展示给了沃森和克里克,威尔金斯以为二人已经不再进行DNA结构研究了。

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多年以后,沃森回忆当时看到这张照片时的情景时说:我张大了嘴,脉搏开始跳动。尽管自己不是一位受过训练的晶体学家,但也有足够的知识,知道照片中的“X”造型,意味着DNA是一个螺旋线,很可能就是双螺旋线。即使克里克是物理学家,他也知道重要的生物体总是成对出现。

1953年2月4日,沃森和克里克决定重启对DNA结构模型的建构,2月8日,二人请求威尔金斯同意他们也进行相同研究。

1953年3月7日,沃森和克里克在实验室中联手搭建的DNA双螺旋模型宣告成功。

然后富兰克林受邀来卡文迪许实验室观看这一新构建的DNA双螺旋模型,富兰克林立刻意识到这一结构模型应该是正确的,但此时她仍然不知道,结构模型的成功正是依靠了自己的研究成果。

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沃森(左)、克里克(右)在DNA双螺旋模型前

沃森和克里克的双螺旋结构模型的成功,还离不开好几位科学家的帮助,欧文·查格夫(Erwin Chargaff)告诉他们DNA碱基之间的比例,A和T总是相等,G和C也是相等。杰里·多诺休(Jerry Donohue)对正确的化学同工型的见解证明了这一比例,然后是威廉·阿斯特伯里(William Astbury)为碱基配对提供了帮助。

当然,这些帮助都没有富兰克林的“照片51号”重要。

更重要的是,卡文迪许实验室的马克斯·佩鲁兹(Max Perutz)在1952年12月中旬收到了伦敦国王学院生物物理部门的一项报告副本,这项报告里包括富兰克林对B型DNA的精确测量,以及证明DNA成反向螺旋的关键证据。

在沃森和克里克看到“照片51号”后不久,马克斯·佩鲁兹向他们二人分享了这项报告。

但是,整个卡文迪许实验室没有任何人告知富兰克林他们正在用她的实验数据进行DNA模型构建。多年以后,沃森为马克斯·佩鲁兹的不当行为道歉了。

1953年4月25日,Nature 杂志同时发表了三篇论文,分别来自沃森和克里克、威尔金斯、富兰克林和雷蒙·葛斯林。

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生命之美在DNA双螺旋结构里得到了最完美的展示

沃森和克里克的论文在最前面,富兰克林的论文在最后,这给了人们一种错觉,就是富兰克林的论文是验证了前者的实验结果,而不是提供关键性数据。

即便如此,富兰克林也没有因为输掉DNA双螺旋结构的竞赛或是研究数据被“剽窃”而沮丧,她反而跟沃森和克里克成了朋友。

DNA双螺旋结构的发现被誉为“生物学的一个标志,开创了新的时代”。这是在生物学历史上唯一可与达尔文进化论相比的最重大发现,它与自然选择一起,统一了生物学的大概念,是科学史上的一个重要里程碑,标志着分子生物学的诞生。

1962年,沃森、克里克、威尔金斯三人因DNA双螺旋结构的发现而获得当年的诺贝尔生理学或医学奖。遗憾的是富兰克林已于1958年因乳腺癌去世。

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如今,人们提及富兰克林,几乎只记得她对DNA双螺旋结构所作的贡献,实际上,富兰克林在她的短暂的一生中,留下了许多值得铭记的科学遗产。

在科研早期,富兰克林在进行煤炭特性的研究,在煤炭燃烧效率、冶炼技术、防毒面具等方面做出了许多杰出贡献。

50年代开始,富兰克林转而研究病毒,利用自己擅长的X射线衍射成像技术,成功确定了烟草花叶病毒(TMV)的RNA结构,并陆续研究了许多导致重要农作物枯萎的植物病毒。

1957年,富兰克林开始研究导致人类疾病的病毒,首先就是在当时令人恐惧的导致小儿麻痹症的脊髓灰质炎病毒。

然而,时间并没有站在富兰克林这一边,1958年4月16日,富兰克林因乳腺癌去世,年仅37岁。

1959年,她的合作者亚伦·克鲁格(Aaron Klug)和约翰·芬奇(John Finch)在 Nature 杂志发表了脊髓灰质炎病毒结构的论文,并将论文献给富兰克林以做纪念。亚伦·克鲁格因在阐明病毒结构方面的工作而被授予1982年诺贝尔化学奖。

富兰克林对DNA双螺旋结构的贡献不容遗忘,但“DNA之母”绝不是富兰克林的全部注脚,富兰克林对科学的热爱,以及她对科学界女性的鼓舞,将在未来的历史长河中依然熠熠生辉。