Dorothy Hodgkin : la cristallographe qui a photographié les molécules

Margaret Thatcher, qui a étudié la chimie sous sa direction à Oxford, a plus tard accroché un portrait de Dorothy Hodgkin dans son bureau au 10 Downing Street — un hommage étrange de la part d'une Première ministre dont la politique était, à presque tous les égards, à l'opposé du militantisme de toute une vie de son ancienne professeure pour le désarmement nucléaire. Le fait que le portrait y soit accroché dit quelque chose sur la stature de Hodgkin : même ses opposants politiques reconnaissaient qu'elle avait accompli quelque chose que presque personne d'autre sur Terre ne pouvait faire, lire la forme tridimensionnelle d'une molécule directement à partir des ombres qu'elle projetait lorsqu'elle était bombardée de rayons X, et ce pour la pénicilline, la vitamine B12 et l'insuline tour à tour.

Des cailloux à Khartoum

Dorothy Mary Crowfoot est née en 1910 au Caire, en Égypte, de parents anglais, John et Grace Crowfoot, tous deux archéologues réputés travaillant dans l'Afrique du Nord coloniale ; son père était inspecteur d'académie. Dorothy a passé une grande partie de son enfance à Khartoum, au Soudan, et c'est là, encouragée par le pédologue A. F. Joseph, qu'elle a commencé à analyser les minéraux et les cailloux locaux avec un kit d'analyse minérale portable vers l'âge de quatorze ans. Deux ans plus tard, sa mère lui a offert un exemplaire du livre du physicien William Henry Bragg, "Concerning the Nature of Things" (De la nature des choses), qui décrivait comment les rayons X pouvaient être utilisés pour "voir" la disposition des atomes à l'intérieur d'un cristal — un cadeau qui a déterminé l'orientation de toute sa carrière.

Oxford, Cambridge et une nouvelle science

Hodgkin s'est inscrite au Somerville College d'Oxford à dix-huit ans pour étudier la chimie, obtenant sa licence en 1928, et a choisi la cristallographie aux rayons X pour son projet de recherche de dernière année. Elle a poursuivi ses études à Cambridge sous la direction du cristallographe J. D. Bernal, terminant son doctorat en 1937. Pendant son séjour à Cambridge, elle était présente lorsque les chercheurs ont réussi la première radiographie aux rayons X d'un cristal de protéine en 1934, une démonstration historique prouvant que même les molécules biologiques volumineuses et complexes pouvaient être cristallisées et étudiées de cette manière — une preuve de concept pour toute la carrière qui a suivi.

Un corps qui la combattait, et une méthode qui ne s'en souciait pas

Hodgkin a reçu un diagnostic de polyarthrite rhumatoïde à vingt-quatre ans, une maladie chronique et progressivement invalidante qui a fini par déformer ses mains et ses articulations. Plutôt que d'abandonner le travail en laboratoire, elle a modifié ses équipements et ses techniques pour continuer à travailler malgré des décennies de douleurs physiques croissantes, continuant à diriger son propre laboratoire à Oxford. Le choix de la cristallographie aux rayons X comme méthode était important ici d'une manière presque incidente par rapport à sa maladie : la technique reposait sur un calcul méticuleux et l'interprétation de motifs plutôt que sur la dextérité manuelle fine et répétitive qu'exigeaient de nombreuses autres sciences de laboratoire, lui permettant de continuer à contribuer au plus haut niveau même alors que ses capacités physiques déclinaient.

Lire la pénicilline, puis la vitamine B12, puis l'insuline

En 1942, le biochimiste Ernst Chain, qui avait aidé à développer la pénicilline en tant que médicament utilisable, a mis Hodgkin au défi de déterminer sa structure chimique précise — des informations dont les médecins avaient besoin pour comprendre exactement comment le médicament fonctionnait et pour fabriquer des composés apparentés. Travaillant pendant les années de guerre, Hodgkin a cristallisé des molécules de pénicilline et les a bombardées de rayons X, enregistrant les modèles de diffraction sur des plaques photographiques et calculant minutieusement, à la main, la disposition atomique impliquée par ces modèles. En mai 1945, elle avait résolu le problème, confirmant une structure en cycle bêta-lactame que Chain soupçonnait mais n'avait pas prouvée, un résultat qui a ouvert la porte au développement d'antibiotiques apparentés tels que la céphalosporine et l'amoxicilline. Elle s'est ensuite tournée vers la vitamine B12, une molécule environ dix fois plus grande et plus complexe, résolvant sa structure de 181 atomes en 1954 après huit ans de travail, devenant au passage l'une des premières utilisatrices de l'informatique électronique pour la cristallographie, utilisant la machine Pilot ACE d'Alan Turing pour gérer des calculs trop laborieux à effectuer à la main. Son objectif le plus ambitieux était l'insuline, une hormone dont elle a poursuivi la structure par intermittence pendant trente-quatre ans avant de finalement résoudre sa disposition de 788 atomes en 1969 — un projet qui a couvert presque toute sa carrière scientifique, de la première tentative à son aboutissement.

Un prix Nobel et un mariage de deux carrières

En 1964, Hodgkin a reçu le prix Nobel de chimie "pour ses déterminations, au moyen de techniques aux rayons X, des structures de substances biochimiques importantes", devenant la troisième femme seulement à remporter un prix Nobel dans une catégorie scientifique, après Marie Curie et Irène Joliot-Curie. Elle avait épousé Thomas L. Hodgkin, devenu une autorité reconnue en histoire africaine, en 1937, continuant à publier sous son nom de jeune fille professionnellement jusqu'en 1949 ; le couple a élevé trois enfants tout en occupant des postes universitaires, avec le soutien de leur famille élargie pour gérer les exigences de deux carrières sérieuses. Elle a été élue membre de la Royal Society en 1947.

Pourquoi Dorothy est qualifiée de génie

L'argument pour qualifier Hodgkin de génie repose sur une maîtrise démontrée et croissante d'une méthode extraordinairement difficile : la cristallographie aux rayons X nécessite d'inférer une structure atomique tridimensionnelle invisible à partir d'un modèle d'ombre indirect et mathématiquement ambigu, et Hodgkin a réussi à plusieurs reprises avec des molécules de taille et de complexité croissantes — des 17 atomes de la pénicilline aux 788 de l'insuline — au cours d'une carrière durant laquelle la plupart des outils informatiques nécessaires n'existaient pas encore, l'obligeant à calculer à la main pendant des années. Le fait qu'elle ait maintenu ce travail pendant des décennies de polyarthrite rhumatoïde aggravée ajoute une dimension de pure endurance à l'accomplissement intellectuel, bien qu'il soit utile de préciser que son handicap ne lui a pas conféré en soi une perspicacité scientifique ; c'est le raisonnement cristallographique sous-jacent, et non la seule persévérance, que le comité Nobel et ses pairs scientifiques ont reconnu. La complication honnête est que la cristallographie, par sa nature même, est une science collaborative et itérative construite sur des outils et des prédécesseurs — les techniques fondamentales de rayons X de Bragg, la cristallographie précoce des protéines de Bernal, et finalement la puissance de calcul fournie par les machines d'autres personnes — de sorte que le génie de Hodgkin réside moins dans un éclair unique de théorie originale que dans une maîtrise technique inégalée et soutenue appliquée successivement à certaines des énigmes structurelles les plus difficiles de la biochimie.

Héritage

Hodgkin a présidé les conférences Pugwash sur la science et les affaires mondiales de 1976 à 1988 (après avoir été active dans l'organisation pendant plus d'une décennie auparavant), faisant campagne pour le désarmement nucléaire et la coopération scientifique internationale pendant les années les plus tendues de la guerre froide, et elle a été le mentor d'une génération d'étudiants chercheurs, dont beaucoup de femmes, dans un domaine qui avait offert peu de modèles féminins avant elle. Elle est décédée d'un accident vasculaire cérébral à son domicile en 1994. Ses déterminations structurelles de la pénicilline, de la vitamine B12 et de l'insuline restent fondamentales pour la pharmacologie moderne et la biologie structurale, étayant la conception des antibiotiques ainsi que le traitement du diabète.