Уотсон (Watson), Джеймс Девей

Американский молекулярный биолог Джеймс Девей Уотсон родился в Чикаго (штат Иллинойс) в семье Джеймса Д. Уотсона, бизнесмена, и Джин (Митчелл) Уотсон и был их единственным ребенком. В Чикаго он получил начальное и среднее образование. Вскоре стало очевидно, что Джеймс необыкновенно одаренный ребенок, и его пригласили на радио для участия в программе «Викторины для детей». Лишь два года проучившись в средней школе, Уотсон получил в 1943 г. стипендию для обучения в экспериментальном четырехгодичном колледже при Чикагском университете, где проявил интерес к изучению орнитологии. Став бакалавром естественных наук в университете Чикаго в 1947 г., он продолжил образование в Индианском университете Блумингтона.

К этому времени Уотсон заинтересовался генетикой и начал обучение в Индиане под руководством специалиста в этой области Германа Дж. Мёллера и бактериолога Сальвадора Лурия. Уотсон написал диссертацию о влиянии рентгеновских лучей на размножение бактериофагов (вирусов, инфицирующих бактерии) и получил в 1950 г. степень доктора философии. Субсидия Национального исследовательского общества позволила ему продолжить исследования бактериофагов в Копенгагенском университете в Дании. Там он проводил изучение биохимических свойств дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) бактериофага. Однако, как он позднее вспоминал, эксперименты с фагом стали его тяготить, ему хотелось узнать больше об истинной структуре молекул ДНК, о которых так увлеченно говорили генетики.

Нуклеиновые кислоты впервые были открыты в ядре человеческих клеток швейцарским исследователем Фридрихом Мишером в 1869 г. В начале XX в. биологам и биохимикам удалось выяснить структуру и основные свойства клетки. Было установлено, что одна из нуклеиновых кислот, ДНК, представляет собой чрезвычайно большую молекулу, состоящую из структурных единиц, названных нуклеотидами, каждый из которых содержит азотистые основания.

К 1944 г. американский биолог Освальд Авери, работая в Рокфеллеровском институте медицинских исследований (в настоящее время Рокфеллеровский университет), представил доказательства, что гены состоят из ДНК; эта гипотеза была подтверждена в 1952 г. Альфредом Херши и Мартой Чейз. Хотя было ясно, что ДНК контролирует основные биохимические процессы, происходящие в клетке, но ни структура, ни функция молекулы не были известны.

Весной 1951 г., во время пребывания на симпозиуме в Неаполе (Италия), Уотсон встретил Мориса Г.Ф. Уилкинса, английского исследователя. Уилкинс и Розалин Франклин, его коллега по Королевскому колледжу Кембриджского университета, провели рентгеноструктурный анализ молекул ДНК и показала, что они представляют собой двойную спираль, напоминающую винтовую лестницу. Полученные ими данные привели Уотсона к мысли исследовать химическую структуру нуклеиновых кислот. Национальное общество по изучению детского паралича выделило субсидию. В октябре 1951 г. он отправился в Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета для исследования пространственной структуры белков совместно с Джоном К. Кендрю. Там он познакомился с Фрэнсисом Криком, физиком, интересовавшимся биологией и писавшим в то время докторскую диссертацию.

Обнаружив сходство своих интересов, Уотсон и Крик в 1952 г. решили попытаться определить структуру ДНК. Им было известно, что существует два типа нуклеиновых кислот – ДНК и рибонуклеиновая кислота (РНК), каждая из которых состоит из моносахарида группы пентоз, фосфата и четырех азотистых оснований: аденина, тимина (в РНК – урацила), гуанина и цитозина. В течение последующих восьми месяцев Уотсон и Крик обобщили полученные результаты с уже имевшимися, сделав сообщение о структуре ДНК в феврале 1953 г. Месяцем позже они создали трехмерную модель молекулы ДНК, сделанную из шариков, кусочков картона и проволоки.

Согласно модели Крика – Уотсона, ДНК представляет двойную спираль, состоящую из двух цепей дезоксирибозофосфата, соединенных парами оснований аналогично ступенькам лестницы. Посредством водородных связей аденин соединяется с тимином, а гуанин – с цитозином. С помощью этой модели можно было проследить репликацию самой молекулы ДНК. По Уотсону и Крику, две части молекулы ДНК отделяются друг от друга в местах водородных связей, что очень похоже на расстегивание застежки-молнии. Из каждой половины прежней молекулы синтезируется новая молекула ДНК. Последовательность оснований функционирует как матрица, или образец, для образования новых молекул ДНК. Открытие химической структуры ДНК было оценено во всем мире как одно из наиболее выдающихся биологических открытий века.

После опубликования описания модели в английском журнале «Нейче» («Nature») в апреле 1953 г. тандем Крика и Уотсона распался. Через год с небольшим Уотсон был назначен старшим научным сотрудником кафедры биологии Калифорнийского технологического института в Пасадене (штат Калифорния). В 1955 г., когда он работал ассистентом профессора биологии в Гарвардском университете Кембриджа (штат Массачусетс), судьба вновь свела его с Криком, с которым он проводил совместные исследования до 1956 г. В 1958 г. Уотсон был назначен адъюнкт-профессором, а в 1961 г. – полным профессором.

Уотсон, Крик и Уилкинс получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1962 г. «за открытия в области молекулярной структуры нуклеиновых кислот и за определение их роли для передачи информации в живой материи». В речи презентации А.В. Энгстрём из Каролинского института охарактеризовал ДНК как «полимер, составленный из строительных блоков нескольких типов – моносахарида, фосфата и азотистых оснований». «Моносахарид и фосфат – повторяющиеся элементы гигантской молекулы ДНК, – сказал далее Энгстрём, – кроме того, она содержит четыре типа азотистых оснований. Открытием является порядок пространственного соединения этих строительных блоков». Энгстрём добавил, что определение структуры ДНК «открывает самые неожиданные возможности для разгадки механизма контроля и переноса генетической информации».

С 1968 г. Уотсон – директор лаборатории молекулярной биологии в Колд-Спринг-Харборе (Лонг-Исланд). Отказавшись от должности в Гарварде в 1976 г., он посвятил себя руководству исследованиями в лаборатории Колд-Спринг-Харбор. Значительное место в его работе заняли нейробиология и изучение роли вирусов и ДНК в развитии рака.

В 1968 г. Уотсон женился на Элизабет Леви, ранее работавшей ассистентом в лаборатории. У них родились два сына; семья живет в построенном в XIX в. доме на территории университетского городка. Уотсон – автор «Молекулярной биологии гена» («The Molecular Biology of Gene», 1965), одного из наиболее известных и популярных учебников по молекулярной биологии.

Среди многочисленных премий и наград Уотсона – премия Альберта Ласкера Американского национального общества здоровья (1960), медаль Джона Д. Карти Национальной академии наук (1971) и президентская медаль Свободы (1977). Он член Национальной академии наук, Американского общества биохимиков, Американской ассоциации исследований рака, Американского философского общества и Датской академии наук и искусств, а также член совета студентов Гарвардского университета. Он был удостоен почетных степеней университетов Чикаго, Хофстра, Лонг-Исланда, Брандейса, Гарварда, Нью-Йорка, Рокфеллеровского университета, а также Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна.