FRANCIS HARRY COMPTON CRICK

V roce 1962 obdrželi Nobelovu cenu za fyziologii či medicínu tři badatelé na poli stavby molekuly nukleových kyselin – Francis Crick z Cambridge v Anglii, James Watson z Cambridge v USA a Londýňan z Nového Zélandu Maurice Wilkins.

FRANCIS HARRY COMPTON CRICK

(1916–2004)

Francis Crick se narodil 8. června 1916 ve Weston Favell na okraji středoanglického obuvnického střediska Northamptonu jako starší syn Harryho Comptona Cricka, řídícího továrnu na boty založenou Francisovým dědem, amatérským přírodozpytcem Walterem Drawbridgem Crickem. Francisova matka Annie Elizabeth, rozená Wilkinsová, byla učitelkou, jeho mladší bratr Anthony F. Crick se stal lékařem na Novém Zélandu. Francis, od dětství zaujatý přírodovědou, prováděl chemické pokusy již na střední škole v Northamptonu, odtud však po zisku stipendia přešel v roce 1930 na soukromou chlapeckou školu v londýnském Mill Hillu a celá rodina, jejíž ševcovský podnik v Northamptonu zkrachoval, se přestěhovala do severního Londýna.

Na tamní University College vystudoval Francis fyziku, v roce 1937 dosáhl titulu bakaláře a pokračoval studiem vazkosti vody při vysokých teplotách, než na počátku války spadla na jeho laboratoř německá bomba. Jeho profesor Edward Neville da Costa Andrade byl povolán k práci pro ministerstvo zásobování armády a Crick sám k práci na vývoji magnetických a akustických min ve výzkumné laboratoři britské Admirality, kde přispěl k účinné odpovědi na úspěchy německých minolovek. Na počátku roku 1940 se oženil s Ruth Doreen Doddovou (1913), která 25. listopadu 1940 při náletu na Londýn porodila syna Michaela. Manželství však v roce 1947 skončilo rozvodem a tehdy Crick opustil i Admiralitu. Přečetl totiž knihu Erwina Schrödingera „What Is Life?“ a pochopil, že se chce vrátit k základnímu výzkumu a stojí před volbou mezi molekulární biologií a zkoumáním vědomí.

Usoudil, že dosavadním vzděláním je lépe vybaven pro první z nich, v roce 1947 zažádal o stipendium britské Rady pro lékařský výzkum a podporován laureátem Nobelovy ceny Sirem Archibaldem Hillem uspěl. U Arthura Hughese v cambridgeské Strangewaysově výzkumné laboratoři využil stipendia i rodinné finanční podpory ke dvouletému studiu fyzikálních vlastností cytoplazmy fibroblastů ve tkáňových kulturách. Nastoupil s povrchními znalostmi biologie i chemie, ale usilovně se učil, aby podobně jako jiní fyzikové (Delbrück, Szilárd, Wilkins, Benzer) mohl uplatňovat fyzikální přístupy ve vědě opřené mnohem méně o teorii a matematiku a mnohem více o experiment.

V roce 1949 uzavřel sňatek s výtvarnicí Odile Speedovou (1920–2007), kterou znal z Admirality jako překladatelku zachycených německých zpráv, a ze Strangewaysovy laboratoře přešel do Oddělení studia molekulární struktury biologických systémů Rady pro lékařský výzkum v cambridgeské Cavendishově fyzikální laboratoři. Tu tehdy řídil Sir William Lawrence Bragg, v roce 1915 pětadvacetiletý laureát Nobelovy ceny za objev analýzy krystalů ohybem paprsků X. A právě pomocí rentgenové krystalografie zde u Maxe Perutze a Johna Kendrewa zkoumal Francis Crick stavbu biologických molekul: z ohybu paprsků zjišťoval prostorové postavení jednotlivých atomů. S Williamem Cochranem a Vladimirem Vandem vypracoval teorii ohybu rentgenových paprsků spirálovitým krystalem a potvrdil tak nález Linuse Paulinga a Roberta Coreye, že mnohé polypeptidy včetně většiny bílkovin mají stavbu jednoduché šroubovice (Evidence for the Pauling-Corey alpha-Helix in Synthetic Polypeptides. Nature 1952; 169: 234–235, s Cochranem). Ze složitého obrazu ohybu paprsků X určil uspořádání molekuly alfa-keratinu jako šroubovice vyššího řádu (superhelix), sestávající ze dvou vzájemně vinutých šroubovic (Is [alpha]-Keratin a Coiled Coil? Nature 1952; 170: 882–883). Při tomto výzkumu ho zaujala otázka genetického kódu pro sekvenci výběru z 20 aminokyselin jako stavebních kamenů bílkovin. Díky molekulárnímu biologu Oswaldovi Averymu bylo od roku 1944 známo, že genetickým materiálem bakterií je DNA, byla už známa i RNA a to, že obě sestávají z pentózy, fosfátu a čtyř dusíkatých bází. V roce 1950 objevil biochemik Erwin Chargaff, že v DNA je stejný počet jednotek guaninu jako cytosinu a adeninu jako thyminu.

V létě 1951 přišel do Cavendishovy laboratoře třiadvacetiletý americký zoolog James Dewey Watson a rychle se s Francisem spřátelil. Sledovali práci biochemiků Maurice Wilkinse a Rosalind Franklinové, kterým v londýnské Královské koleji ukazovala rentgenová difrakce u DNA strukturu dvojité šroubovice. Ke zhotovení modelu DNA je však Francis nedokázal přimět. Koncem roku 1951 navrhli Crick s Watsonem sami model jednoduché šroubovice, měl však vážné slabiny a neobstál. V roce 1952 navštívil Cambridge Erwin Chargaff, a přestože se s Crickem ani Watsonem nepřátelil, seznámil je se svými nálezy. Francis a James potom v nekonečných diskuzích ve společné pracovně a při každodenních obědech v nedaleké krčmě „U orla“ poznatky kolegů zpracovali a nejprve na papíře, později z korálků, drátů a lepenky do 7. března 1953 sestrojili model stavby molekuly deoxyribonukleové kyseliny (DNA). Dne 25. dubna 1953 pak v časopisu Nature zveřejnili krátký, pouhou stránku o pár řádků přesahující článek, v němž odmítají Paulingovy a Coreyovy představy trojřetězcové molekuly s fosfáty k ose a bázemi navenek a představují své pojetí dvou antiparalelních pravotočivých spirálovitých řetězců složených ze střídajících se molekul kyseliny fosforečné a deoxyribózy, vinutých kolem společné osy a spojených vodíkovými vazbami purin-pyrimidinových dvojic bází ležících v rovinách kolmých na osu molekuly, přičemž adenin je vždy spárován s thyminem a guanin s cytosinem. Sekvenci bází v témže řetězci považují za neomezenou, v sousedním řetězci však připouštějí vždy jedině komplementárního člena téže purin-pyrimidinové dvojice. Soudí, že tuto strukturu nelze vybudovat s ribózou, jejíž atom kyslíku navíc by příliš zúžil jeden van der Waalsův kontakt. Upozorňují, že zvláštní párování „přímo nabízí možný kopírovací mechanismus pro genetický materiál“ (Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid. Nature 1953; 171: 737–738, s Watsonem). Odjinud víme, že schéma stavby molekuly nakreslila Francisova žena Odile.

Dne 30. května 1953, přesně pět týdnů po spěšném prvním sdělení, publikovali Crick a Watson v Nature další článek, v němž vysvětlují, že řetězce molekuly DNA jsou vzájemně komplementární, že sekvence bází v jednom řetězci určuje sekvenci bází ve druhém řetězci, že při dělení buňky se oba oddělené řetězce stávají šablonami pro syntézu nových komplementárních řetězců, že každá z nových dvojic je přesnou kopií původní dvojice. Přes dílčí nejasnosti cítí autoři, že jejich model může pomoci vyřešit jeden ze základních biologických problémů – molekulární základ šablony pro genetickou replikaci (Genetical Implications of the Structure of Deoxyribonucleic Acid. Nature 1953; 171: 964–967, s Watsonem). O prvním autorovi článků rozhodlo losování mincí. Vyhrál Watson, a tak v historickém povědomí zůstává pořadí Watson – Crick.

Obhajobou dizertace o rentgenové krystalografii polypeptidů a bílkovin (X-Ray Diffraction: Polypeptides and Proteins) získal Crick v roce 1953 titul Ph.D., načež rok 1953/54 strávil v laboratoři rentgenové krystalografie brooklynského polytechnického ústavu. V roce 1955 dostali členové Gamowova „RNA Tie Clubu“ dvaceti molekulárních biologů nepublikovaný článek, v němž Crick vyslovil adaptorovou hypotézu: předpověděl existenci „adaptorů“ – malých molekul (o rok později Holleyem a Bergem skutečně nalezených a nazvaných „transferové RNA“) přenášejících příslušné aminokyseliny na rostoucí řetězec polypeptidu. Crick tu také zavedl pojem „degenerovaného“ genetického kódu, v němž jednotlivou aminokyselinu může specifikovat více než jedna kombinace bází DNA (On Degenerate Templates and the Adaptor Hypothesis: A Note for the RNA Tie Club, 1955). S fyzikálním chemikem Alexandrem Richem určil trojřetězcovou stavbu molekuly kolagenu (The Structure of Collagen. Nature 1955; 176: 915–916, s Richem), s Watsonem vrátivším se z Caltechu vytvořil obecnou teorii stavby malých virů (Structure of Small Viruses. Nature 1956; 177: 473–475, s Watsonem).

Jedním z plodů jeho spolupráce s kolegy byl v roce 1956 objev molekulárního biologa Vernona Ingrama, že hemoglobin při srpkovité anémii se od normálního hemoglobinu liší jedinou aminokyselinou. Od roku 1957 pracoval Crick s genetikem Sydney Brennerem, s nímž na základě studia mutací bakteriálního viru prokázal, že při syntéze bílkoviny kóduje jednu aminokyselinu triplet nukleotidů (General Nature of the Genetic Code for Proteins. Nature 1961; 192: 1227–1232, s Barnettem, Brennerem a Watts-Tobinem). Crick vytvořil sekvenční hypotézu, když usoudil, že sekvence bází kóduje v jazyce DNA o čtyřech písmenech instrukce pro sekvenci aminokyselin, překládané do jazyka polypeptidů o dvaceti písmenech (On Protein Synthesis. Symp Soc Exp Biol XII 1958; 12: 139–163).

V roce 1958 Crick poprvé formuloval centrální dogma molekulární biologie, že genetická informace je jednosměrný pochod, neboť přenos informace z nukleové kyseliny na nukleovou kyselinu (replikace, transkripce) nebo bílkovinu (translace) je možný, kdežto z bílkoviny na bílkovinu nebo nukleovou kyselinu je nemožný. Po letech centrální dogma přeformulované publikoval (Central Dogma of Molecular Biology. Nature 1970; 227: 561–563).

V roce 1962 byla Laboratoř molekulární biologie pod novým přednostou Perutzem přestěhována do novostavby, Crick i Brenner se stali spolupřednosty jejího Oddělení molekulární genetiky a Crick téhož roku i hostujícím členem právě otevřeného Salkova ústavu pro biologická studia ve městě La Jolla na okraji kalifornského San Diega. Dne 10. prosince 1962 ve Stockholmu obdržel s Watsonem a Wilkinsem Nobelovu cenu za fyziologii nebo lékařství „za své objevy týkající se molekulární stavby nukleových kyselin a jejího významu pro přenos informací v živé hmotě“ (laureáty uvedl Arne Engström z Karolinského institutu). Za chemii získali Nobelovu cenu Kendrew a Perutz za výzkum struktury globulárních bílkovin. Nobelovskou přenášku 11. prosince zaměřil Crick na povahu genetického kódu jakožto hlavní problém molekulární biologie a shrnul současný stav poznání toho, jak DNA kóduje bílkovinu (On the Genetic Code. Science 1963; 139: 461–464). Po návratu pověsil nade dveře svého domu zlatě natřený model DNA a dům pak proslul jako „Zlatá šroubovice.“

V knižně vydaném souboru přednášek vyjádřil odmítavý postoj vůči víře, že život, evoluce i vědomí jsou tvořeny a řízeny metafyzickou silou nepodléhající experimentálnímu ověření (Of Molecules and Men. Washington 1966). Po objasnění genetického kódu se zaměřil na vývojovou biologii a své Oddělení molekulární genetiky přejmenoval v roce 1969 na Oddělení buněčné biologie. V úvahách s biochemikem Lesliem Orgelem o možné vesmírné ojedinělosti tvorby živých organismů z molekul oživil hypotézu řízené panspermie Svanteho Arrhenia, podle níž by život šířily inteligentní bytosti v kosmických plavidlech (Directed Panspermia. Icarus 1973; 19: 341–346, s Orgelem).

V roce 1976 zahájil roční pobyt v Salkově ústavu v La Jolle a už tam zůstal, když v roce 1977 obdržel stálou profesuru. Změny působiště využil k odpoutání od molekulární biologie, aby se konečně věnoval i druhému celoživotnímu zájmu – neurobiologii (Thinking about the Brain. Scientific American 1979; 241: 219–230). S matematikem Graemem Mitchisonem vytvořil hypotézu funkce snů jako vedlejšího efektu vymazávání bezvýznamných a nesmyslných asociací („sníme, abychom zapomněli“) v ochraně proti zahlcení systému (The Function of Dream Sleep. Nature 1983; 304: 111–114, s Mitchisonem). V roce 1988 zveřejnil vlastní životopis (What Mad Pursuit: A Personal View of Scientific Discovery. New York 1988). Pozdní výzkum soustředil na studium lidského vědomí jako důsledek molekulárních interakcí v nervových buňkách mozku (The Astonishing Hypothesis: The Scientific Search for the Soul. Scribner 1994). Se zvláštní pozorností zrakovému ústrojí (Visual Perception: Rivalry and Consciousness. Nature 1996; 379: 485–486) hledal nervové koreláty vědomí (od konce osmdesátých let 20. století s neurovědcem Christofem Kochem) jako minimální neuronální mechanismy k vyvolání specifického vědomého vjemu (Towards a Neurobiological Theory of Consciousness. Semin Neurosci 1990; 2: 263–275, s Kochem). Zkoumali i rychlé šablonovité a nevědomé „chování zombiho“ (The Zombie within. Nature 1998; 391: 245–250, s Kochem). V této spolupráci vznikly i další práce o vědomí (např. A Framework for Consciousness. Nature Neurosci Feb 2003; 6: 119–126, s Kochem). Francis Crick zemřel 28. července 2004 v lajollské nemocnici na rakovinu tlustého střeva. Jeho popel byl rozptýlen do Tichého oceánu.

MUDr. Pavel Čech

Kabinet dějin lékařství 3. LF UK

Ruská 87, 100 00 Praha 10

e-mail: pavel.cech@lf3.cuni.cz