Cấu trúc xoắn kép của DNA được công bố trên tạp chí Nature ngày 25 tháng 4 năm 1953, sau một cuộc đua giữa ba nhóm: James Watson và Francis Crick ở Cambridge, Maurice Wilkins và Rosalind Franklin ở King's College London, và Linus Pauling ở Caltech. Watson và Crick dựng mô hình đúng trước, nhưng nhờ dữ liệu tia X của Franklin, trong đó có "Ảnh 51" do Franklin và nghiên cứu sinh Raymond Gosling chụp, mà họ có được không qua tay bà. Giải Nobel năm 1962 trao cho Watson, Crick và Wilkins; Franklin đã mất năm 1958 và giải Nobel không trao cho người đã qua đời.
Câu hỏi năm 1951: gen được làm bằng gì
Đầu thập niên 1950, giới sinh học ngày càng tin rằng DNA, chứ không phải protein, mang thông tin di truyền. Nhưng không ai biết phân tử ấy trông ra sao. Ai tìm ra cấu trúc sẽ có thể giải thích gen được sao chép thế nào, một trong những câu hỏi lớn nhất của sinh học.
Ba đội đua
| Nhóm | Người | Thế mạnh | Điểm yếu |
|---|---|---|---|
| Phòng Cavendish, Cambridge | James Watson (Mỹ, sinh 1928), Francis Crick (Anh, sinh 1916) | Dựng mô hình, lý thuyết nhiễu xạ xoắn ốc của Crick | Không có dữ liệu thực nghiệm riêng; được giao làm việc khác |
| King's College London | Rosalind Franklin, Raymond Gosling, Maurice Wilkins | Ảnh nhiễu xạ tia X tốt nhất thế giới, mẫu DNA chất lượng cao | Quan hệ Franklin – Wilkins rất căng thẳng |
| Caltech, Mỹ | Linus Pauling | Nhà hoá học cấu trúc số một, vừa giải được chuỗi xoắn alpha của protein năm 1951 | Chỉ có ảnh tia X cũ, kém nét |
Mâu thuẫn ở King's College
Rosalind Franklin (1920–1958) là nhà hoá lý chuyên về tinh thể học tia X, về King's College đầu năm 1951 sau mấy năm làm việc ở Paris. Giám đốc John Randall giao cho bà phụ trách nghiên cứu DNA bằng tia X, nhưng không nói rõ điều này với Wilkins, người đã làm DNA từ trước và tưởng Franklin đến làm phụ tá cho mình. Sự hiểu lầm ấy biến hai người thành gần như không nói chuyện được với nhau.
Franklin phát hiện DNA có hai dạng, dạng A (khô hơn) và dạng B (ướt hơn), và việc trộn lẫn hai dạng là lý do ảnh của mọi người trước đó khó đọc. Tháng 5 năm 1952, bà và Gosling chụp được một bức ảnh dạng B cực rõ, đánh số 51. Hình chữ X trong ảnh là dấu hiệu kinh điển của cấu trúc xoắn ốc.
Franklin là nhà khoa học thận trọng: bà muốn phân tích toán học đầy đủ dữ liệu dạng A trước khi đoán mô hình. Đó là cách làm đúng đắn, nhưng chậm.
Sai lầm đầu tiên của Watson và Crick
Cuối năm 1951, Watson nghe Franklin trình bày trong một buổi hội thảo nhưng không ghi chép, nhớ sai số liệu về lượng nước trong mẫu. Dựa vào đó, ông và Crick dựng một mô hình ba chuỗi xoắn, khung phosphat ở trong. Họ mời nhóm King's lên xem; Franklin chỉ ra ngay mô hình sai, vì khung phosphat ưa nước phải nằm ở ngoài. Sau vụ đó, giám đốc phòng Cavendish là Lawrence Bragg cấm hai người tiếp tục làm DNA.
Đầu năm 1953: mọi thứ diễn ra trong vài tuần
- Cuối tháng 1: Pauling gửi bản thảo đề xuất mô hình DNA ba chuỗi xoắn, khung phosphat ở trong, mà lại thiếu ion hoá đúng, tức không phải là axit. Con trai ông là Peter Pauling đang ở Cambridge và đưa bản thảo cho Watson. Watson và Crick thấy ngay chỗ sai, và biết Pauling sẽ sớm nhận ra. Bragg cho phép họ quay lại cuộc đua.
- Cuối tháng 1: Watson đến King's College. Wilkins, không hỏi ý Franklin, cho Watson xem Ảnh 51. Theo lời kể của chính Watson, ông thấy ngay đó là một chuỗi xoắn.
- Tháng 2: Max Perutz, thành viên một uỷ ban của Hội đồng Nghiên cứu Y khoa (MRC), đưa cho Crick bản báo cáo tiến độ tháng 12 năm 1952 của nhóm King's, trong đó có số liệu đo của Franklin. Báo cáo này không mật nhưng cũng không để công bố. Từ số liệu ấy, Crick suy ra hai chuỗi chạy ngược chiều nhau.
- Cuối tháng 2 đến đầu tháng 3: Watson tìm ra cách bắt cặp bazơ A–T và G–C, khớp với quy tắc Chargaff (lượng A bằng T, G bằng C). Mô hình xoắn kép hoàn thành.
- 25 tháng 4 năm 1953: Nature đăng liền ba bài: mô hình của Watson và Crick, bài của Wilkins cùng Stokes và Wilson, và bài của Franklin và Gosling kèm Ảnh 51. Bài của Watson và Crick chỉ nói chung chung rằng họ được "khích lệ" bởi kết quả chưa công bố của nhóm King's.
Điều đáng chú ý: bản thảo của Franklin trước khi biết mô hình Cambridge cho thấy bà đã đi rất gần lời giải, đã xác định dạng B là xoắn hai chuỗi, khung phosphat ở ngoài.
Cuốn sách làm méo hình ảnh Franklin
Franklin rời King's sang Birkbeck College năm 1953, chuyển sang nghiên cứu virus, có những công trình quan trọng về virus khảm thuốc lá. Bà mất vì ung thư buồng trứng ngày 16 tháng 4 năm 1958, ở tuổi 37. Năm 1962, giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học trao cho Watson, Crick và Wilkins. Quy định của Nobel không trao giải cho người đã mất, và mỗi giải tối đa ba người, nên câu hỏi "nếu còn sống bà có được giải không" không có lời đáp chắc chắn.
Năm 1968, Watson xuất bản The Double Helix, cuốn hồi ký sống động, bán rất chạy, nhưng tả Franklin dưới cái tên "Rosy" như một người khó tính, ăn mặc kém duyên, giữ dữ liệu khư khư. Nhiều người trong cuộc, kể cả Crick và Wilkins, phản đối bản thảo. Năm 1975, bạn của Franklin là Anne Sayre viết Rosalind Franklin and DNA để phản bác. Năm 2002, Brenda Maddox xuất bản tiểu sử Rosalind Franklin: The Dark Lady of DNA. Năm 2023, hai nhà sử học Matthew Cobb và Nathaniel Comfort viết trên Nature dựa trên tư liệu mới rằng Franklin nên được nhìn nhận là thành viên ngang hàng trong công trình, chứ không chỉ là nạn nhân bị "đánh cắp" ảnh.
Kình địch đã làm gì
Cuộc đua với Pauling là động lực trực tiếp khiến Watson và Crick dốc sức đầu năm 1953; không có nỗi sợ thua người Mỹ, có lẽ Bragg cũng không cho họ quay lại. Nhưng mặt trái cũng rõ: áp lực đua tranh đẩy dữ liệu đi qua những kênh không minh bạch, và người làm ra dữ liệu, Franklin, không được hỏi ý.
Còn Pauling thì thua vì vội: ông viết một bài lớn mà không có dữ liệu tốt, thậm chí phạm lỗi hoá học cơ bản. Đó là một trong những sai lầm hiếm hoi của người sẽ nhận hai giải Nobel.
Góc nhìn hôm nay
- Hợp tác thắng cạnh tranh nội bộ. Nếu Franklin và Wilkins làm việc được với nhau, King's College có lẽ đã về đích trước. Kẻ thù nguy hiểm nhất của một nhóm nhiều khi là mâu thuẫn bên trong.
- Ghi công là việc phải làm, không phải ân huệ. Một dòng cảm ơn rõ ràng năm 1953 đã tránh cho Watson và Crick hàng chục năm bị chất vấn.
- Đừng vội vì sợ đối thủ. Pauling sai vì muốn công bố trước. Watson và Crick cũng sai lần đầu vì vội. Chuẩn bị kỹ vẫn là cách thắng chắc nhất.
- Đọc hồi ký của người thắng với dè dặt. The Double Helix hay, nhưng là lời một phía.
Muốn tìm hiểu thêm: Ở Cambridge, quán rượu The Eagle có tấm biển ghi lại câu chuyện Crick tuyên bố tìm ra "bí mật của sự sống" ở đó. King's College London đặt tên một toà nhà là Franklin-Wilkins Building. Nên đọc The Double Helix cùng tiểu sử Franklin của Brenda Maddox để thấy cả hai phía.
Câu hỏi thường gặp
Ai tìm ra cấu trúc DNA?
James Watson và Francis Crick dựng mô hình xoắn kép năm 1953, dựa nhiều vào dữ liệu tia X của Rosalind Franklin và Raymond Gosling, cùng công trình của Maurice Wilkins. Ngày nay Franklin được ghi nhận là người có đóng góp then chốt.
Ảnh 51 là gì?
Ảnh 51 là bức ảnh nhiễu xạ tia X của DNA dạng B, do Rosalind Franklin và Raymond Gosling chụp tháng 5 năm 1952. Hình chữ X trong ảnh cho thấy DNA có cấu trúc xoắn ốc; Wilkins đã cho Watson xem ảnh mà không hỏi ý Franklin.
Vì sao Rosalind Franklin không nhận giải Nobel?
Franklin mất năm 1958, còn giải Nobel về cấu trúc DNA được trao năm 1962. Giải Nobel không trao cho người đã qua đời và mỗi giải tối đa ba người.
Linus Pauling sai ở đâu trong mô hình DNA?
Đầu năm 1953 Pauling đề xuất mô hình ba chuỗi xoắn với khung phosphat ở trong, và các nhóm phosphat không được ion hoá, tức phân tử đó thực chất không phải là axit. Ông không có ảnh tia X tốt như nhóm King's College.
Cấu trúc DNA được công bố khi nào?
Ba bài báo về DNA, gồm mô hình của Watson – Crick và dữ liệu của hai nhóm ở King's College, được đăng trên tạp chí Nature ngày 25 tháng 4 năm 1953.
