MAURICE HUGH FREDERICK WILKINS

V roce 1962 obdrželi Nobelovu cenu za fyziologii nebo 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 Hugh Frederick Wilkins.

MAURICE HUGH FREDERICK WILKINS

(1916–2004)

V Petone u Wellingtonu na jižním cípu novozélandského Severního ostrova si v roce 1913 otevřel praxi irský lékař Edgar Henry Wilkins a jeho žena Eveline rozená Whittakerová po roce porodila dcerku Eithne. Pak přesídlili do vísky Pongaroa v řídce osídlené zemědělské oblasti Wairarapa a zde 15. prosince 1916 přišel na svět syn Maurice. V polovině roku 1918 se rodina přestěhovala do nejbližšího města Pahiatua, kde se Edgar věnoval školnímu preventivnímu lékařství, ještě téhož roku byl jmenován ředitelem školní hygieny ve Wellingtonu a rodinu vzal s sebou. V roce 1923 se Wilkinsovi vrátili do Irska za vzděláním pro děti, po krátkém pobytu v Dublinu však dali přednost Anglii. Edgar pak šel provozovat preventivní medicínu do Birminghamu a rodina ho opět následovala.

Maurice navštěvoval birminghamskou King Edward’s School a v roce 1935 začal na Saint John’s College Cambridgeské univerzity studovat fyziku u Marcuse Oliphanta. Na úkor studia se přitom činil v Protiválečné skupině cambridgeských vědců a vstoupil i do komunistické strany, když pro něho labouristé nebyli dost leví. Vedlejší zájmy se promítly do studijních výsledků, završených v roce 1938 bakalariátem s nižším hodnocením, což Wilkinse připravilo o podporu postgraduální práce v Cambridgi.

Mezitím byl Oliphant v roce 1937 povolán jako profesor na Birminghamskou univerzitu a stipendista Královské společnosti John Randall tam přišel zkoumat fosforescenci. Díky Oliphantovi se Wilkins stal Randallovým doktorandem a začal zde na stejné téma psát dizertaci. V září 1939 však vpád wehrmachtu do Polska připomněl zaostalost britských radarů, vysílajících vlny v řádu metrů, Oliphantův ústav získal grant na vývoj radaru s vlnovou délkou pod 10 cm a už v listopadu 1939 dokončil Randall s  Bootem prototyp malého dutinového magnetronu s kapalinovým chlazením a stonásobným výkonem. Radary s malými magnetrony i anténami a vysokou rozlišovací schopností pak na palubách letadel pomáhaly vítězit v bitvách o Atlantik, v Severním moři i v Pacifiku. Maurice v roce 1940 obhájil doktorskou práci o tepelné stabilitě volných elektronů v luminoforu a přispěl k řešení vládního úkolu, když zdokonalil obrazovku radaru. Jeho vylepšení je užíváno dodnes.

V Birminghamu poté spolupracoval na separaci izotopů uranu k válečným účelům. V roce 1943 byla celá výzkumná skupina přeložena na Kalifornskou univerzitu v Berkeley a zapojena do projektu Manhattan, jehož výsledkem byla konstrukce a svržení atomových bomb na Hirošimu a Nagasaki 6. a 9. srpna 1945. Otřes z účinku této zbraně přivedl Wilkinse na pugwashské konference.

Uhranut četbou knihy Erwina Schrödingera „What Is Life?“ nastoupil v roce 1945 na univerzitě ve skotském St. Andrews jako docent fyziky, kterou zde Randall, nyní Sir John, právě zapojoval do biologického výzkumu. První publikace patřily ještě původnímu společnému tématu fosforescence (Proc Roy Soc A 1945; 184: 347–364, 366–389, 390–407, vždy s Randallem). V roce 1946 byl Sir John jmenován řádným profesorem, přednostou Fyzikálního ústavu a ředitelem nové Jednotky biofyzikálního výzkumu v londýnské King’s College. Pod svým inspirujícím vedením shromáždil nadané fyziky, biology i biochemiky, ze Skotska sem přivedl i Wilkinse a ten od světélkování (Relations between Photoconduction and Luminescence in Zinc Sulphide. Nature 1948; 161: 565–566, s Garlickem) přes ultrazvuk (The Production of High Intensity Ultrasonics at Megacycle Frequencies. J Sci Instrum 1949; 26: 229–231, se Selmanem) přešel ke spolupráci s Billem Seedsem na vývoji mikroskopů (A Simple Reflecting Microscope. Nature 1949; 164: 228–229, se Seedsem), později na výzkumu nukleoproteinů (Ultraviolet Microspectrographic Studies of Nucleoproteins and Crystals of Biological Interests. Disc Farad Soc 1950; 9: 417–423, se Seedsem).

Randall, studující dosud elektronovým mikroskopem stavbu hlaviček beraních spermií, zahájil víceoborový výzkum struktury kolagenu, spermie přenechal doktorandu Raymondu Goslingovi a ten začal v roce 1950 pomocí rentgenové difrakce zkoumat jejich deoxyribonukleovou kyselinu (DNA). Výzkum tehdy patřil především bílkovinám, jimž byla přisuzována i genetická funkce. Zjištění Averyho, MacLeoda a McCartyho, že DNA dokáže geneticky transformovat bakterie (J Exp Med 1944; 79: 137), pomalu docházelo obecného uznání. V roce 1950 přivezl bernský biochemik Rudolf Signer do Londýna vzorky kvalitní DNA extrahované z buněk telecího brzlíku metodou vyvinutou jím a Hansem Schwanderem (Helv Chim Acta 1949; 32: 853) a na schůzi Faradayovy společnosti je rozdal zájemcům včetně Wilkinse. Ten s Goslingem rovnal vlákna DNA do svazků, udržoval jejich hydrataci, hned na jaře pořídil své první snímky rentgenové difrakce DNA (Physical Studies and Nucleic Acid. Nucleic Acid: An Extensible Molecule? Nature 1951; 167: 759–760, s Goslingem a Seedsem) a jedním z nich na konferenci v Neapoli v květnu 1951 nadchl posluchače Watsona.

Randall, žák laureáta Nobelovy ceny za rentgenovou krystalografii Williama Lawrence Bragga, hledal pro její uplatnění ve výzkumu zdatnou posilu a našel ji v Rosalind Elsie Franklinové, která s cambridgeským doktorátem z roku 1945 za práci o fyzikální chemii solidních organických koloidů prováděla od roku 1947 výzkum rentgenové difrakce uhlíkatých látek (Trans Farad Soc 1949; 45: 274–286, 668–682) v Laboratoire Central des Services Chimiques de l’Etat v Paříži. V létě 1950 tam přijala Randallovu nabídku stipendia na tříletý výzkum rentgenové difrakce bílkovin a lipidů v King’s College, těsně před jejím nástupem v lednu 1951 za Wilkinsovy nepřítomnosti však Sir John usoudil, že bude přínosnější nasadit krystalografickou odbornici do tak nadějného výzkumu, jaký na kvalitním materiálu už od jara provádí Maurice. Přeřadil tedy Franklinovou na studium DNA, předal jí Signerovy vzorky a přidělil jí doktoranda Goslinga. Franklinová vynikala hlubokou znalostí fyzikální chemie, samostatností i svědomitou soustavností badatelské práce. Když se Wilkins vrátil, plnila už po svém jeho úkol na jeho DNA s jeho Goslingem a nehodlala přejít pod jeho vedením na jeho pojetí projektu. Z nešťastného začátku nenašli už Maurice ani Rosalind cestu ke spolupráci, na tomtéž výzkumu pracoval každý zvlášť.

V dubnu 1951 publikovali Pauling, Corey a Branson představu alfa šroubovice jako základní struktury mnoha bílkovin (Proc Natl Acad Sci 1951; 37: 205–211). I pro DNA navrhl koncem roku 1951 doktorand Bruce Fraser v King’s College model šroubovice se třemi řetězci a fosfáty zevně, kdežto v Cambridgi Watson podle svých nepřesných postřehů z listopadového Rosalindina semináře sestavil s Crickem podobný model s fosfáty uvnitř. Franklinová však vážnými námitkami oba modely rozmetala.

Franklinová a Gosling objevili, že sodná sůl DNA má při 75% vlhkosti parakrystalickou formu A s dlouhými tenkými vlákny, při 92% vlhkosti krystalickou formu B s krátkými tlustými vlákny (Acta Cryst 1953; 6: 673–677). Na jaře 1952 dosáhla Rosalind Randallova svolení k převedení postgraduálního studia z King’s College do Fyzikálního ústavu londýnské Birkbeck College na pozvání Johna Bernala, zdržela se však v King’s College až do dubna 1953, když Randall rozdělil výzkum tak, že od března 1952 studovala formu A ona a formu B Wilkins. Ten byl v nevýhodě: S veškerou DNA od Signera nadále pracovala Franklinová a on se spokojoval s ostatním materiálem, protože ji nedokázal požádat, aby se s ním rozdělila. I tak mu ale zřetelný obrazec X potvrzoval u formy B šroubovici. Franklinová o ní u formy A pochybovala, zato 2. května 1952 získala s Goslingem u formy B dokonalý snímek (slavné „Photo 51“) se zřetelným obrazcem X. Nestála o dostihy v modelování molekuly, raději s Goslingem pracně postupovala v analýze svých difrakčních dat s užitím Pattersonovy funkce (Acta Cryst 1953; 6: 678–685). I Wilkinsovi chyběla ctižádost postavit model jako první. Od září 1952 s Herbertem Wilsonem studoval absorpci vody vlákny DNA a v difrakci nacházel u různých organismů vždy obrazec X, který matematik Alexander Stokes z jeho skupiny četl jako šroubovici s úhlem stoupání 40 %.

O pokrocích v King’s College včetně Rosalindiných krystalografických závěrů se z prosincové zprávy komise Rady pro lékařský výzkum od jejího člena a svého školitele Maxe Perutze dověděl Francis Crick a od něho Watson. Tomu zase Paulingův syn poskytl otcův a Coreyův pokus o model DNA, připravený k publikaci (Proc Natl Acad Sci 1953; 39: 84–97), a Watson jej 30. ledna 1953 přivezl do King’s College. Přemlouval Franklinovou ke spolupráci, než Pauling objeví svůj omyl, ale neuspěl, postěžoval si Wilkinsovi a ten mu ukázal Rosalindin a Goslingův snímek č. 51. Watson s Crickem pak na podkladě sebraných poznatků a s uplatněním prvního Chargaffova pravidla párování dusíkatých bází dokončili 7. března 1953 stavbu modelu DNA z drátů, korálků a lepenky a 25. dubna 1953 o tom podali chvatnou první zprávu (Nature 1953; 171: 737–738). Až po nich následují v témže čísle téhož časopisu ti, jejichž „nepublikovanými výsledky a myšlenkami byli podníceni,“ totiž Wilkins (Molecular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids. Nature 1953; 171: 738–740, se Stokesem a Wilsonem) a pak teprve Franklinová (Nature 1953; 171: 740–741, s Goslingem). Watson a Crick své první sdělení 30. května 1953 rozvedli a doplnili (Nature 1953; 171: 964–967). Toho roku přinesl týž časopis ještě tři články o stavbě DNA: od Franklinové (Nature 1953; 172: 156–157, s Goslingem), od Bertila Jacobsona (Nature 1953; 172: 666–667) a od Wilkinse (Helical Structure of Crystalline Deoxypentose Nucleic Acid. Nature 1953; 172: 759–762, se Seedsem, Stokesem a Wilsonem). Wilkins nadto se sirem Johnem publikoval další článek jinde (Crystallinity in Sperm Heads: Molecular Structure of Nucleoprotein in Vivo. Biochim Biophys Acta 1953; 10: 192, s Randallem).

Franklinová odešla v dubnu 1953 do Fyzikálního ústavu Birkbeck College k výzkumu RNA rentgenovou difrakcí rostlinných virů kulovitých i tyčinkovitých typu viru tabákové mozaiky, jehož model dokončila (Nature 1955; 175: 379–381), dříve než v létě roku 1956 onemocněla rakovinou vaječníku (snad z expozice paprskům X, měla však pozitivní rodinnou anamnézu při aškenázské dědičné vloze). Přesto do konce března 1958 mezi léčbou pokračovala ve výzkumu, 16. dubna 1958 pak ve věku nedožitých 38 let v Londýně zemřela.

V následujících letech Wilkins se spolupracovníky pečlivou a podrobnou analýzou rentgenové difrakce (v řadě prací vrcholící článkem The Molecular Configuration of Deoxyribonucleic Acid. I. X-ray Diffraction Study of a Crystalline Form of the Lithium Salt. J Mol Biol 1960; 2: 19, s Langridgem, Wilsonem, Hooperem a Hamiltonem) potvrdil správnost Watsonova a Crickova modelu stavby DNA. V roce 1959 byl zvolen za člena Královské společnosti a oženil se s Patricií Ann Chidgeyovou, s níž měl pak dvě dcery a dva syny.

S Watsonem a Crickem dostal v roce 1960 Laskerovu cenu a 10. prosince 1962 „za své objevy týkající se molekulární struktury nukleových kyselin a jejího významu pro přenos informace u živé hmoty“ rovným dílem Nobelovu cenu za fyziologii nebo lékařství. Laureáty uvedl Arne Engström z Karolinského institutu. Dne 11. prosince měli ve svých přednáškách celkem 98 referencí, publikace Franklinové však nezmínili. Wilkins ji jmenoval aspoň v závěrečném děkování 27 kolegům a 9 institucím (The Molecular Configuration of Nucleic Acids. In: Le Prix Nobel 1962. Stockholm 1963: 126–154). Zásadní přínos práce Franklinové nepřestává budit úvahy o sestavě trojice laureátů, kdyby se toho Rosalind dožila.

Wilkins byl v roce 1963 jmenován profesorem molekulární biologie a poctěn rytířským řádem Companion of the British Empire. Své metody studia DNA zužitkoval při výzkumu dalších biologických struktur: RNA (Determination of Helical Configuration of Ribonucleic Acid Molecules by X-ray Diffraction Study of Crystalline Amino-Acid-Transfer Ribonucleic Acid. Nature 1962; 194: 1014–1020, se Spencerem, Fullerem a Brownem), komplexů DNA s proteiny (od zmíněné práce o spermiích roku 1953) i buněčných membrán(X-ray Diffraction Studies of Lecithin Bilayers. J Theor Biol 1976; 62: 447–458, s Torbetem).

V King’s College byl vždy Randallovou pravou rukou a po jeho odchodu řídil Jednotku biofyzikálního výzkumu v letech 1970–1972 a 1974–1980, aniž pod břemenem úřadu slevil ze své poctivosti, spravedlivosti a lidského zájmu o práci a život badatelů, techniků i uklizeček (všem byl „Strýčkem“). Vlastním životopisem (The Third Man of the Double Helix. Oxford 2003) uzavřel své dílo a vzdor mozkové cévní příhodě se v King’s College účastnil oslav 50. výročí objevu dvojité šroubovice DNA. Milovník a sběratel umění, amatérský výtvarník a zahradník zůstal i náruživým kutilem: Právě si zhotovoval knihovničku, když přišla další mozková příhoda. Zakrátko, 5. října 2004, v Londýně zemřel.

Adresa pro korespondenci:
MUDr. Pavel Čech
Kabinet dějin lékařství 3. LF UK
Ruská 87, 100 00 Praha 10
e-mail: pavel.cech@lf3.cuni.cz