Dorothy Hodgkin: Die Kristallographin, die Moleküle fotografierte

Margaret Thatcher, die bei ihr in Oxford Chemie studierte, hängte später ein Porträt von Dorothy Hodgkin in ihrem Büro in der Downing Street Nr. 10 auf – eine seltsame Geste von einer Premierministerin, deren Politik in fast jeder Hinsicht im Gegensatz zum lebenslangen Einsatz ihrer ehemaligen Lehrerin für nukleare Abrüstung stand. Dass das Porträt dort dennoch hing, sagt etwas über Hodgkins Statur aus: Selbst politische Gegner erkannten an, dass sie etwas vollbracht hatte, zu dem kaum ein anderer Mensch auf der Erde fähig war: die dreidimensionale Form eines Moleküls direkt aus den Schatten zu lesen, die es beim Beschuss mit Röntgenstrahlen warf, und dies nacheinander für Penicillin, Vitamin B12 und Insulin zu tun.

Kieselsteine in Khartum

Dorothy Mary Crowfoot wurde 1910 in Kairo, Ägypten, als Tochter der englischen Eltern John und Grace Crowfoot geboren, die beide anerkannte Archäologen waren und im kolonialen Nordafrika arbeiteten; ihr Vater war Schulinspektor. Dorothy verbrachte einen Großteil ihrer Kindheit in Khartum, Sudan, und dort begann sie, ermutigt durch den Bodenwissenschaftler A. F. Joseph, im Alter von etwa vierzehn Jahren mit einem tragbaren Mineralanalysenset, lokale Mineralien und Kieselsteine zu analysieren. Zwei Jahre später schenkte ihr ihre Mutter ein Exemplar des Buches des Physikers William Henry Bragg "Concerning the Nature of Things" (Über die Natur der Dinge), das beschrieb, wie Röntgenstrahlen verwendet werden könnten, um die Anordnung von Atomen innerhalb eines Kristalls zu "sehen" – ein Geschenk, das die Richtung ihrer gesamten Karriere bestimmte.

Oxford, Cambridge und eine neue Wissenschaft

Hodgkin schrieb sich im Alter von achtzehn Jahren am Somerville College in Oxford ein, um Chemie zu studieren, machte 1928 ihren Bachelor-Abschluss und wählte die Röntgenkristallographie für ihr Forschungsprojekt im letzten Studienjahr. Sie setzte ihr Studium in Cambridge unter dem Kristallographen J. D. Bernal fort und schloss 1937 ihre Promotion ab. Während ihrer Zeit in Cambridge war sie anwesend, als Forscher 1934 die erste Röntgenaufnahme eines Proteinkristalls erzielten, eine wegweisende Demonstration, dass selbst große, komplexe biologische Moleküle kristallisiert und auf diese Weise untersucht werden konnten – ein Konzeptnachweis für die gesamte Karriere, die folgte.

Ein Körper, der sich gegen sie wehrte, und eine Methode, der das egal war

Bei Hodgkin wurde im Alter von vierundzwanzig Jahren rheumatoide Arthritis diagnostiziert, eine chronische und zunehmend behindernde Erkrankung, die schließlich ihre Hände und Gelenke verformte. Anstatt die Laborarbeit aufzugeben, modifizierte sie ihre Ausrüstung und Techniken, um über Jahrzehnte zunehmender körperlicher Schmerzen weiterarbeiten zu können, und leitete weiterhin ihr eigenes Labor in Oxford. Die Wahl der Röntgenkristallographie als ihre Methode war hier in einer Weise wichtig, die fast beiläufig zu ihrer Krankheit war: Die Technik beruhte auf akribischer Berechnung und Musterinterpretation statt auf der feinen, repetitiven manuellen Geschicklichkeit, die viele andere Laborwissenschaften erforderten, was es ihr ermöglichte, weiterhin auf höchstem Niveau beizutragen, selbst als ihre körperlichen Fähigkeiten abnahmen.

Die Entschlüsselung von Penicillin, dann Vitamin B12, dann Insulin

Im Jahr 1942 forderte der Biochemiker Ernst Chain, der an der Entwicklung von Penicillin als nutzbares Medikament mitgewirkt hatte, Hodgkin heraus, dessen genaue chemische Struktur zu bestimmen – Informationen, die Ärzte benötigten, um genau zu verstehen, wie das Medikament wirkte, und um verwandte Verbindungen herzustellen. Während der Kriegsjahre kristallisierte Hodgkin Penicillin-Moleküle und bestrahlte sie mit Röntgenstrahlen, zeichnete die Beugungsmuster auf Fotoplatten auf und berechnete mühsam von Hand die atomare Anordnung, die diese Muster implizierten. Bis Mai 1945 hatte sie es gelöst und eine Beta-Lactam-Ringstruktur bestätigt, die Chain vermutet, aber nicht bewiesen hatte; ein Ergebnis, das den Weg zur Entwicklung verwandter Antibiotika wie Cephalosporin und Amoxicillin ebnete. Als Nächstes wandte sie sich Vitamin B12 zu, einem Molekül, das etwa zehnmal größer und komplexer war. Sie löste dessen Struktur von 181 Atomen bis 1954 nach achtjähriger Arbeit und wurde dabei zu einer frühen Anwenderin der elektronischen Datenverarbeitung für die Kristallographie, indem sie Alan Turings Pilot-ACE-Maschine nutzte, um Berechnungen durchzuführen, die für eine manuelle Bearbeitung zu mühsam waren. Ihr ehrgeizigstes Ziel war Insulin, ein Hormon, dessen Struktur sie über vierunddreißig Jahre hinweg immer wieder verfolgte, bevor sie 1969 schließlich dessen Anordnung von 788 Atomen entschlüsselte – ein Projekt, das fast ihre gesamte wissenschaftliche Karriere vom ersten Versuch bis zum Abschluss umspannte.

Ein Nobelpreis und die Verbindung zweier Karrieren

Im Jahr 1964 erhielt Hodgkin den Nobelpreis für Chemie "für ihre Bestimmungen der Strukturen wichtiger biochemischer Substanzen mittels Röntgentechniken" und wurde nach Marie Curie und Irène Joliot-Curie erst die dritte Frau, die einen Nobelpreis in einer wissenschaftlichen Kategorie gewann. Sie hatte 1937 Thomas L. Hodgkin geheiratet, der eine anerkannte Autorität auf dem Gebiet der afrikanischen Geschichte wurde, und veröffentlichte beruflich bis 1949 unter ihrem Mädchennamen; das Paar zog drei Kinder groß, während beide akademische Positionen innehatten, unterstützt durch ihre Großfamilie bei der Bewältigung der Anforderungen zweier ernsthafter Karrieren. Sie wurde 1947 zum Fellow der Royal Society gewählt.

Warum Dorothy als Genie bezeichnet wird

Das Argument, Hodgkin als Genie zu bezeichnen, beruht auf einer demonstrierten, zunehmenden Beherrschung einer außerordentlich schwierigen Methode: Die Röntgenkristallographie erfordert die Ableitung einer unsichtbaren dreidimensionalen Atomstruktur aus einem indirekten, mathematisch mehrdeutigen Schattenmuster, und Hodgkin hatte wiederholt Erfolg bei Molekülen zunehmender Größe und Komplexität – von den 17 Atomen des Penicillins bis zu den 788 des Insulins – während einer Karriere, in der die meisten der notwendigen Rechenwerkzeuge noch nicht existierten, was sie dazu zwang, jahrelang von Hand zu rechnen. Dass sie diese Arbeit über Jahrzehnte fortschreitender rheumatoider Arthritis durchhielt, verleiht der intellektuellen Leistung eine Dimension schierer Ausdauer, obwohl es erwähnenswert ist, dass ihre Behinderung ihr nicht an sich wissenschaftliche Einsicht verlieh; es ist die zugrunde liegende kristallographische Argumentation, nicht allein die Beharrlichkeit, die das Nobelpreiskomitee und ihre wissenschaftlichen Kollegen anerkannten. Die ehrliche Komplikation ist, dass die Kristallographie von Natur aus eine kollaborative, iterative Wissenschaft ist, die auf Werkzeugen und Vorgängern aufbaut – Braggs grundlegenden Röntgentechniken, Bernals früher Proteinkristallographie und schließlich der Rechenleistung, die von Maschinen anderer bereitgestellt wurde –, sodass Hodgkins Genie weniger in einem einzigen Blitz genialer Theorie liegt als in einer beispiellosen, nachhaltigen technischen Meisterschaft, die nacheinander auf einige der schwierigsten strukturellen Rätsel der Biochemie angewandt wurde.

Vermächtnis

Hodgkin leitete von 1976 bis 1988 die Pugwash-Konferenzen für Wissenschaft und Weltangelegenheiten (nachdem sie zuvor über ein Jahrzehnt lang in der Organisation aktiv gewesen war), setzte sich während der angespanntesten Jahre des Kalten Krieges für nukleare Abrüstung und internationale wissenschaftliche Zusammenarbeit ein und betreute eine Generation von Forschungsstudenten, viele von ihnen Frauen, in einem Bereich, der vor ihr nur wenige weibliche Vorbilder geboten hatte. Sie starb 1994 zu Hause an einem Schlaganfall. Ihre strukturellen Bestimmungen von Penicillin, Vitamin B12 und Insulin bleiben grundlegend für die moderne Pharmakologie und Strukturbiologie und untermauern sowohl das Design von Antibiotika als auch die Behandlung von Diabetes.