פרנסיס קריק

פרנסיס קריק

פרנסיס הארי קומפטון קריק (Francis Harry Compton Crick; 8 ביוני 1916 – 28 ביולי 2004) היה ביולוג מולקולרי, ביופיזיקאי ומדען מוח אנגלי. הוא, ג'יימס ווטסון (James Watson), רוזלינד פרנקלין (Rosalind Franklin) ומוריס וילקינס (Maurice Wilkins) מילאו תפקידים מכריעים בפענוח המבנה הסלילי של מולקולת ה-DNA.

מאמרם של קריק וווטסון בכתב העת Nature בשנת 1953 הניח את היסודות להבנת המבנה והתפקוד של ה-DNA. יחד עם מוריס וילקינס, הם זכו במשותף בפרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לשנת 1962 "על תגליותיהם בנוגע למבנה המולקולרי של חומצות גרעין וחשיבותו להעברת מידע בחומר חי".

קריק היה ביולוג מולקולרי תיאורטי חשוב ומילא תפקיד מכריע במחקר הקשור לחשיפת המבנה הסלילי של ה-DNA. הוא מוכר במידה רחבה בזכות השימוש במונח "הדוגמה המרכזית" (Central dogma) כדי לסכם את הרעיון שברגע שמידע מועבר מחומצות גרעין (DNA או RNA) לחלבונים, הוא אינו יכול לזרום בחזרה לחומצות גרעין. במילים אחרות, השלב הסופי בזרימת המידע מחומצות גרעין לחלבונים הוא בלתי הפיך.

במהלך שארית הקריירה שלו, החזיק קריק במשרת פרופסור מחקר מכובד על שם ג'. ו. קיקהפר (J.W. Kieckhefer) במכון סאלק למחקרים ביולוגיים בלה הויה, קליפורניה. מחקריו המאוחרים התמקדו בנוירוביולוגיה תיאורטית ובניסיונות לקדם את המחקר המדעי של התודעה האנושית. קריק נשאר בתפקיד זה עד מותו בשנת 2004; לדברי כריסטוף קוך (Christof Koch), "הוא ערך כתב יד על ערש דווי, מדען עד הסוף המר".

חיים מוקדמים וחינוך

קריק היה בנם הבכור של הארי קריק ואנני אליזבת קריק (לבית וילקינס). הוא נולד ב-8 ביוני 1916 וגדל בווסטון פייבל, אז כפר קטן ליד העיירה האנגלית נורת'המפטון, שבו ניהלו אביו ודודו של קריק את מפעל המגפיים והנעליים המשפחתי. סבו, וולטר דרוברידג' קריק, חובב טבע, כתב סקר על פורמיניפרה מקומיים (פרוטיסטים חד-תאיים בעלי קונכיות), התכתב עם צ'ארלס דרווין, ושני גסטרופודים (חלזונות או חשופיות) נקראו על שמו.

מגיל צעיר נמשך פרנסיס למדע ולמה שיכול היה ללמוד עליו מספרים. כילד, הוריו לקחו אותו לכנסייה. אך בסביבות גיל 12, אמר שהוא אינו רוצה ללכת עוד מכיוון שהעדיף חיפוש מדעי אחר תשובות על פני אמונה דתית.

וולטר קריק, דודו, התגורר בבית קטן בצד הדרומי של שדרות אבינגטון; היה לו מחסן בתחתית הגינה הקטנה שלו שבו לימד את קריק לנפח זכוכית, לבצע ניסויים כימיים ולהדפיס תמונות צילומיות. כשהיה בן שמונה או תשע עבר לכיתה הצעירה ביותר של בית הספר לדקדוק של נורת'המפטון, בדרך בילינג. זה היה במרחק של כ-1.25 מייל (2 ק"מ) מביתו, כך שיכול היה ללכת לשם ובחזרה דרך פארק אווניו סאות' וקרסנט פארק אבינגטון, אך לעיתים קרובות יותר נסע באוטובוס או, מאוחר יותר, באופניים. ההוראה בכיתות הגבוהות הייתה מספקת, אך לא מעוררת השראה. לאחר גיל 14, התחנך בבית הספר מיל היל בלונדון (במלגה), שם למד מתמטיקה, פיזיקה וכימיה עם חברו הטוב ביותר ג'ון שילסטון. הוא חלק את פרס וולטר נוקס לכימיה ביום הייסוד של בית הספר מיל היל, יום שישי, 7 ביולי 1933. הוא הצהיר כי הצלחתו התבססה על איכות ההוראה שקיבל כתלמיד במיל היל.

קריק למד ביוניברסיטי קולג' לונדון (UCL), מכללה מרכיבה של אוניברסיטת לונדון, וקיבל תואר ראשון במדעים מאוניברסיטת לונדון בשנת 1937. קריק החל לימודי דוקטורט ב-UCL, אך הם נקטעו על ידי מלחמת העולם השנייה. מאוחר יותר הוא הפך לסטודנט לתואר דוקטור ועמית כבוד של מכללת גונוויל וקאיוס, קיימברידג', ועבד בעיקר במעבדת קוונדיש ובמעבדה לביולוגיה מולקולרית של מועצת המחקר הרפואית (MRC) בקיימברידג'. הוא היה גם עמית כבוד של מכללת צ'רצ'יל, קיימברידג', ושל יוניברסיטי קולג' לונדון.

קריק החל פרויקט מחקר לדוקטורט על מדידת צמיגות המים בטמפרטורות גבוהות (שאותו תיאר מאוחר יותר כ"בעיה המשעממת ביותר שניתן להעלות על הדעת") במעבדתו של הפיזיקאי אדוארד נוויל דה קוסטה אנדרדה ביוניברסיטי קולג' לונדון, אך עם פרוץ מלחמת העולם השנייה (בפרט, תקרית במהלך הקרב על בריטניה כאשר פצצה נפלה דרך גג המעבדה והשמידה את מכשירי הניסוי שלו), קריק הוסט מקריירה אפשרית בפיזיקה. במהלך שנתו השנייה כסטודנט לדוקטורט, לעומת זאת, הוענק לו פרס המחקר קארי פוסטר, כבוד גדול. הוא ביצע עבודה פוסט-דוקטורלית במכון הפוליטכני והקולגיאטי של ברוקלין, כיום חלק מבית הספר להנדסה טנדון של אוניברסיטת ניו יורק.

במהלך מלחמת העולם השנייה עבד עבור מעבדת המחקר של האדמירליות, שממנה יצאו מדענים בולטים רבים, כולל דיוויד בייטס, רוברט בויד, תומאס גאסקל, ג'ורג' דיקון, ג'ון גאן, הארי מאסי ונוויל מוט; הוא עבד על תכנון מוקשים מגנטיים ואקוסטיים והיה גורם מרכזי בתכנון מוקש חדש שהיה יעיל נגד שולות מוקשים גרמניות.

חיים ועבודה לאחר מלחמת העולם השנייה

בשנת 1947, בגיל 31, החל קריק ללמוד ביולוגיה והפך לחלק מנדידה חשובה של מדעני פיזיקה לתוך המחקר הביולוגי. נדידה זו התאפשרה בזכות השפעתם של פיזיקאים כמו סר ג'ון רנדל, שעזרו לנצח במלחמה בעזרת המצאות כמו מכ"ם. קריק נאלץ להסתגל מה"אלגנטיות והפשטות העמוקה" של הפיזיקה ל"מנגנונים כימיים משוכללים שהברירה הטבעית פיתחה במשך מיליארדי שנים". הוא תיאר מעבר זה כ"כמעט כאילו אדם היה צריך להיוולד מחדש". לדברי קריק, הניסיון בלימוד פיזיקה לימד אותו משהו חשוב — יוהרה — ואת השכנוע שמאחר והפיזיקה כבר הייתה הצלחה, התקדמויות גדולות צריכות להיות אפשריות גם במדעים אחרים כמו ביולוגיה. קריק הרגיש שגישה זו עודדה אותו להיות נועז יותר מביולוגים טיפוסיים שנטו לעסוק בבעיות המרתקות של הביולוגיה ולא בהצלחות העבר של הפיזיקה.

במשך רוב הזמן של שנתיים, עבד קריק על התכונות הפיזיקליות של הציטופלזמה במעבדת המחקר סטריינג'ווייז בקיימברידג', בראשות הונור ברידג'ט פל, עם מלגת מועצת המחקר הרפואית, עד שהצטרף למקס פרוץ וג'ון קנדרו במעבדת קוונדיש. מעבדת קוונדיש בקיימברידג' הייתה תחת הניהול הכללי של סר לורנס בראג, שזכה בפרס נובל ב-1915 בגיל 25. בראג היה בעל השפעה במאמץ לנצח כימאי אמריקאי מוביל, לינוס פאולינג, בגילוי המבנה של ה-DNA (לאחר שהקדים אותו פאולינג בהצלחתו לקבוע את מבנה הסליל האלפא של חלבונים). במקביל, מעבדת קוונדיש של בראג התחרתה גם ביעילות עם קינגס קולג' לונדון, שמחלקת הביופיזיקה שלו הייתה תחת הנהלתו של רנדל (רנדל דחה את בקשתו של קריק לעבוד בקינגס קולג'). פרנסיס קריק ומוריס וילקינס מקינגס קולג' היו חברים אישיים, מה שהשפיע על האירועים המדעיים הבאים לא פחות מהחברות הקרובה בין קריק לג'יימס ווטסון. קריק ווילקינס נפגשו לראשונה בקינגס קולג' ולא, כפי שנרשם בטעות על ידי שני מחברים, באדמירליות במהלך מלחמת העולם השנייה.

בשנת 1995 חתם פרנסיס קריק על החלטת אשלי מונטגיו המעתירה לבית הדין הבין-לאומי לצדק (בעבר בית הדין העולמי) לעזור להפסיק את השחתת איברי המין של ילדים, כולל השחתת איברי מין נשיים, מילה וסאב-אינסיזיה של הפין.

חיים אישיים

קריק נישא פעמיים והיה אב לשלושה ילדים; אחיו אנתוני (נולד ב-1918) נפטר לפניו בשנת 1966.

בנות זוג:

- רות דורין קריק, לבית דוד (נישואים: 18 בפברואר 1940 – 8 במאי 1947), שמאוחר יותר נישאה לג'יימס סטיוארט פוטר

- אודיל קריק, לבית ספיד (נישואים: 14 באוגוסט 1949 – 28 ביולי 2004)

ילדים:

- מייקל פרנסיס קומפטון (נולד ב-25 בנובמבר 1940) [עם דורין קריק]

- גבריאל אן (נולדה ב-15 ביולי 1951) [עם אודיל קריק]

- ג'קלין מארי-תרז [מאוחר יותר ניקולס] (נולדה ב-12 במרץ 1954, נפטרה ב-28 בפברואר 2011) [עם אודיל קריק];

קריק מת מסרטן המעי הגס בבוקר ה-28 ביולי 2004 בבית החולים תורנטון של אוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו (UCSD) בלה הויה; הוא נשרף ואפרו פוזר לאוקיינוס השקט. טקס זיכרון פומבי נערך ב-27 בספטמבר 2004 במכון סאלק, לה הויה, ליד סן דייגו, קליפורניה; הנואמים האורחים כללו את ג'יימס ווטסון, סידני ברנר, אלכס ריץ', סימור בנזר, אהרון קלוג, כריסטוף קוך, פאט צ'רצ'לנד, וילאיאנור רמאצ'נדראן, טומאסו פוג'יו, לסלי אורגל, טרי סיינובסקי, בנו מייקל קריק ובתיו הצעירה ג'קלין ניקולס. טקס זיכרון פרטי למשפחה ולעמיתים נערך ב-3 באוגוסט 2004.

מדליית פרס נובל של קריק ותעודתו מוועדת נובל נמכרו במכירות פומביות של Heritage ביוני 2013 תמורת 2,270,000 דולר. היא נקנתה על ידי ג'ק וואנג, מנכ"ל חברת הרפואה הסינית Biomobie. 20% ממחיר המכירה של המדליה נתרמו למכון פרנסיס קריק בלונדון.

מחקר

קריק התעניין בשתי בעיות יסוד לא פתורות של הביולוגיה: כיצד מולקולות מבצעות את המעבר מהלא-חי לחי, וכיצד המוח יוצר מודעות. הוא הבין שהרקע שלו הופך אותו למוכשר יותר למחקר בנושא הראשון ובתחום הביופיזיקה. בשנת 1946 קרא קריק את ספרו של ארווין שרדינגר, "מהם חיים?" והושפע ממנו, ומלינוס פאולינג, לעבור מפיזיקה לביולוגיה. היה ברור בתיאוריה שקשרים קוולנטיים במולקולות ביולוגיות יכולים לספק את היציבות המבנית הדרושה להחזקת מידע גנטי בתאים. נותר רק לבצע ניסויים בביולוגיה כדי לגלות בדיוק איזו מולקולה היא המולקולה הגנטית. בעיני קריק, תורת האבולוציה של צ'ארלס דרווין באמצעות ברירה טבעית, הגנטיקה של גרגור מנדל והידע על הבסיס המולקולרי של הגנטיקה, כשהם משולבים, חשפו את סוד החיים. לקריק הייתה דעה אופטימית מאוד שחיים ייווצרו בקרוב מאוד במבחנה. עם זאת, היו אנשים (כמו החוקרת והעמיתה אסתר לדרברג) שחשבו שקריק היה אופטימי יתר על המידה.

היה ברור שחלק מהמאקרו-מולקולות כמו חלבון כנראה יהיו המולקולה הגנטית. עם זאת, היה ידוע היטב שחלבונים הם מאקרו-מולקולות מבניות ותפקודיות, שחלקן מבצעות תגובות אנזימטיות של תאים. בשנות ה-40 נמצאו כמה ראיות שהצביעו על מאקרו-מולקולה אחרת, DNA, המרכיב העיקרי האחר של כרומוזומים, כמועמד למולקולה גנטית. בניסוי אברי-מקלאוד-מקארתי משנת 1944, הראו אוסוולד אברי ושותפיו כי ניתן לגרום להבדל פנוטיפי תורשתי בחיידקים על ידי אספקת מולקולת DNA מסוימת.

עם זאת, ראיות אחרות פורשו כמרמזות שה-DNA אינו מעניין מבנית ואולי רק פיגום מולקולרי למולקולות החלבון המעניינות לכאורה. קריק היה במקום הנכון, במצב הנפשי הנכון, בזמן הנכון (1949), כדי להצטרף לפרויקט של מקס פרוץ באוניברסיטת קיימברידג', והוא החל לעבוד על קריסטלוגרפיה בקרני רנטגן של חלבונים. קריסטלוגרפיה בקרני רנטגן הציעה תיאורטית את ההזדמנות לחשוף את המבנה המולקולרי של מולקולות גדולות כמו חלבונים ו-DNA, אך היו בעיות טכניות רציניות שמנעו אז מקריסטלוגרפיה בקרני רנטגן להיות ישימה למולקולות גדולות כאלה.

### 1949–1950

קריק למד בעצמו את התיאוריה המתמטית של קריסטלוגרפיה בקרני רנטגן. בתקופת לימודיו של קריק על עקיפת קרני רנטגן, חוקרים במעבדה בקיימברידג' ניסו לקבוע את הקונפורמציה הסלילית היציבה ביותר של שרשראות חומצות אמינו בחלבונים (סליל אלפא). לינוס פאולינג היה הראשון שזיהה את יחס 3.6 חומצות אמינו לכל סיבוב סליל של סליל האלפא. קריק היה עד לסוגי הטעויות שעמיתיו עשו בניסיונותיהם הכושלים ליצור מודל מולקולרי נכון של סליל האלפא; אלה התבררו כשיעורים חשובים שניתן ליישם, בעתיד, למבנה הסלילי של ה-DNA. לדוגמה, הוא למד את החשיבות של הקשיחות המבנית שקשרים כפולים מעניקים למבנים מולקולריים, מה שרלוונטי הן לקשרים פפטידיים בחלבונים והן למבנה הנוקלאוטידים ב-DNA.

### 1951–1953: מבנה ה-DNA

בשנים 1951 ו-1952, יחד עם ויליאם קוקרן וולדימיר ואנד, סייע קריק בפיתוח תיאוריה מתמטית של עקיפת קרני רנטגן על ידי מולקולה סלילית. תוצאה תיאורטית זו התאימה היטב לנתוני קרני רנטגן עבור חלבונים המכילים רצפים של חומצות אמינו בקונפורמציית סליל אלפא. תיאוריית עקיפה סלילית התבררה כשימושית גם להבנת המבנה של ה-DNA.

בסוף 1951 החל קריק לעבוד עם ג'יימס ווטסון במעבדת קוונדיש באוניברסיטת קיימברידג', אנגליה. תוך שימוש ב"צילום 51" (תוצאות עקיפת קרני הרנטגן של רוזלינד פרנקלין ותלמיד המחקר שלה ריימונד גוסלינג מקינגס קולג' לונדון, שניתנו להם על ידי גוסלינג ועמיתה של פרנקלין, וילקינס), פיתחו ווטסון וקריק יחד מודל למבנה סלילי של DNA, שאותו פרסמו בשנת 1953. על עבודה זו ועבודה עוקבת הם זכו במשותף בפרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה בשנת 1962 יחד עם וילקינס.

כשווטסון הגיע לקיימברידג', קריק היה סטודנט לדוקטורט בן 35 (בשל עבודתו במהלך מלחמת העולם השנייה) וווטסון היה בן 23 בלבד, אך כבר קיבל תואר דוקטור. הם חלקו עניין בבעיה הבסיסית של למידה כיצד ניתן לאחסן מידע גנטי בצורה מולקולרית. ווטסון וקריק דיברו ללא הרף על DNA ועל הרעיון שאולי ניתן לנחש מודל מולקולרי טוב של המבנה שלו. פיסת מידע חשובה שהופקה ניסויית הגיעה מתמונות עקיפת קרני רנטגן שהושגו על ידי פרנקלין וגוסלינג. בנובמבר 1951, וילקינס הגיע לקיימברידג' ושיתף את הנתונים עם ווטסון וקריק. אלכסנדר סטוקס (מומחה נוסף בתיאוריית עקיפה סלילית) ווילקינס (שניהם בקינגס קולג') הגיעו למסקנה שנתוני עקיפת קרני רנטגן עבור DNA מצביעים על כך שלמולקולה יש מבנה סלילי – אך פרנקלין חלקה בתוקף על מסקנה זו. מגורה מהדיונים שלהם עם וילקינס וממה שווטסון למד מהשתתפות בהרצאה שנתנה פרנקלין על עבודתה על DNA, קריק וווטסון יצרו והציגו מודל ראשון שגוי של DNA. החיפזון שלהם לייצר מודל של מבנה ה-DNA הונע בחלקו מהידיעה שהם מתחרים בלינוס פאולינג. בהינתן הצלחתו האחרונה של פאולינג בגילוי סליל האלפא, הם חששו שפאולינג עשוי להיות גם הראשון שיקבע את מבנה ה-DNA.

רבים שיערו מה היה קורה אילו פאולינג היה יכול לנסוע לבריטניה כמתוכנן במאי 1952. כפי שקרה, פעילותו הפוליטית גרמה להגבלת נסיעתו על ידי ממשלת ארצות הברית והוא לא ביקר בבריטניה עד מאוחר יותר, ובשלב זה לא פגש אף אחד מחוקרי ה-DNA באנגליה. בכל מקרה, הוא היה טרוד בחלבונים באותה תקופה, לא ב-DNA. ווטסון וקריק לא עבדו רשמית על DNA. קריק כתב את תזה הדוקטורט שלו; לווטסון הייתה גם עבודה אחרת כמו ניסיון להשיג גבישים של מיוגלובין לניסויי עקיפת קרני רנטגן. בשנת 1952, ווטסון ביצע עקיפת קרני רנטגן על נגיף מוזאיקת הטבק ומצא תוצאות המצביעות על כך שיש לו מבנה סלילי. לאחר שנכשלו פעם אחת, ווטסון וקריק היו כעת מסויגים במקצת מנסות שוב וזמן מה נאסר עליהם לעשות מאמצים נוספים למצוא מודל מולקולרי של DNA.

בעלת חשיבות רבה למאמץ בניית המודל של ווטסון וקריק הייתה הבנתה של רוזלינד פרנקלין בכימיה בסיסית, שהצביעה על כך שהשלד ההידרופילי המכיל פוספט של שרשראות הנוקלאוטידים של ה-DNA צריך להיות ממוקם כך שייצור אינטראקציה עם מולקולות מים בחלק החיצוני של המולקולה בעוד שהבסיסים ההידרופוביים צריכים להיות ארוזים בתוך הליבה. פרנקלין שיתפה את הידע הכימי הזה עם ווטסון וקריק כשציינה בפניהם שהמודל הראשון שלהם (מ-1951, עם הפוספטים בפנים) היה שגוי בעליל.

קריק תיאר את מה שראה ככישלונם של וילקינס ופרנקלין לשתף פעולה ולפעול למציאת מודל מולקולרי של DNA כסיבה מרכזית לכך שהוא וווטסון ניסו לבסוף לעשות זאת בפעם השנייה. הם ביקשו, וקיבלו, רשות לעשות זאת גם מוויליאם לורנס בראג וגם מווילקינס. כדי לבנות את מודל ה-DNA שלהם, ווטסון וקריק השתמשו במידע מתמונות עקיפת קרני רנטגן שלא פורסמו של פרנקלין (שהוצגו בפגישות ושווילקינס שיתף בחופשיות), כולל דיווחים ראשוניים על תוצאות/תצלומים של פרנקלין של תמונות קרני הרנטגן שנכללו בדוח התקדמות כתוב עבור המעבדה של קינגס קולג' של סר ג'ון רנדל מסוף 1952.

נושא לוויכוח האם ווטסון וקריק היו צריכים לקבל גישה לתוצאות של פרנקלין ללא ידיעתה או אישורה, ולפני שהייתה לה הזדמנות לפרסם רשמית את תוצאות הניתוח המפורט שלה של נתוני עקיפת קרני הרנטגן שנכללו בדוח ההתקדמות. עם זאת, ווטסון וקריק מצאו דופי בטענתה הנחרצת לפיה, על פי הנתונים שלה, מבנה סלילי אינו הצורה האפשרית היחידה עבור DNA – לכן הייתה להם דילמה. במאמץ להבהיר סוגיה זו, מקס פרדיננד פרוץ פרסם מאוחר יותר את מה שהיה בדוח ההתקדמות, והציע שלא היה בדוח שום דבר שפרנקלין עצמה לא אמרה בהרצאתה (בהשתתפות ווטסון) בסוף 1951. פרוץ הסביר כי הדוח הוגש לוועדת מועצת המחקר הרפואית (MRC) שנוצרה כדי "ליצור קשר בין קבוצות האנשים השונות העובדות עבור המועצה". מעבדותיהם של רנדל ופרוץ מומנו שתיהן על ידי ה-MRC.

כמו כן, לא ברור עד כמה היו תוצאותיה שלא פורסמו של פרנקלין מדוח ההתקדמות חשובות בפועל לבניית המודל שביצעו ווטסון וקריק. לאחר איסוף תמונות עקיפת קרני הרנטגן הגולמיות הראשונות של DNA בשנות ה-30, ויליאם אסטברי דיבר על ערימות של נוקלאוטידים המרווחים במרווחים של 3.4 אנגסטרום (0.34 ננומטר) ב-DNA. אזכור לעבודת עקיפת קרני הרנטגן המוקדמת של אסטברי היה אחד משמונה הפניות בלבד במאמרה הראשון של פרנקלין על DNA. ניתוח תוצאות ה-DNA שפורסמו של אסטברי ותמונות עקיפת קרני הרנטגן הטובות יותר שנאספו על ידי וילקינס ופרנקלין חשפו את האופי הסלילי של ה-DNA. ניתן היה לחזות את מספר הבסיסים הערומים בתוך סיבוב יחיד של סליל ה-DNA (10 לסיבוב; סיבוב מלא של הסליל הוא 27 אנגסטרום [2.7 ננומטר] בצורת A הדחוסה, 34 אנגסטרום [3.4 ננומטר] בצורת B הרטובה יותר). וילקינס שיתף מידע זה על צורת ה-B של ה-DNA עם קריק וווטסון. קריק לא ראה את תמונות קרני הרנטגן של צורת B של פרנקלין (צילום 51) עד לאחר פרסום מודל הסליל הכפול של ה-DNA.

אחת ההפניות הבודדות שצוטטו על ידי ווטסון וקריק כאשר פרסמו את מודל ה-DNA שלהם הייתה למאמר שפורסם שכלל את מודל ה-DNA של סוון פורברג שהיה עם הבסיסים בפנים. לפיכך, המודל של ווטסון וקריק לא היה המודל הראשון של "בסיסים בפנים" שהוצע. התוצאות של פורברג סיפקו גם את האוריינטציה הנכונה של סוכרי ה-DNA ביחס לבסיסים. במהלך בניית המודל שלהם, קריק וווטסון למדו שאוריינטציה אנטי-מקבילה של שני שלדי שרשרת הנוקלאוטידים עבדה הכי טוב כדי לכוון את זוגות הבסיסים במרכז של סליל כפול. הגישה של קריק לדוח ההתקדמות של פרנקלין מסוף 1952 היא שגרמה לקריק להיות בטוח שה-DNA הוא סליל כפול עם שרשראות אנטי-מקבילות, אך היו שרשראות הסקה ומקורות מידע אחרים שהובילו גם למסקנות אלו.

כתוצאה מעזיבת קינגס קולג' לטובת בירקבק קולג', התבקשה פרנקלין על ידי ג'ון רנדל לוותר על עבודתה על DNA. כאשר התברר לווילקינס ולמנחים של ווטסון וקריק שפרנקלין עוברת לעבודה החדשה, ושהן לינוס פאולינג עובד על מבנה ה-DNA, הם היו מוכנים לשתף את הנתונים של פרנקלין עם ווטסון וקריק, בתקווה שהם יוכלו למצוא מודל טוב של DNA לפני שפאולינג יוכל. נתוני עקיפת קרני הרנטגן של פרנקלין עבור DNA והניתוח השיטתי שלה של התכונות המבניות של ה-DNA היו שימושיים לווטסון וקריק בהנחייתם לעבר מודל מולקולרי נכון. הבעיה המרכזית עבור ווטסון וקריק, שלא ניתן היה לפתור באמצעות הנתונים מקינגס קולג', הייתה לנחש כיצד בסיסי הנוקלאוטידים נארזים לתוך הליבה של הסליל הכפול של ה-DNA.

מפתח נוסף למציאת המבנה הנכון של ה-DNA היו יחסי צ'רגאף, יחסים שנקבעו ניסויית של תת-יחידות הנוקלאוטידים של DNA: כמות הגואנין שווה לציטוזין וכמות האדנין שווה לתימין. ביקור של ארווין צ'רגאף באנגליה, בשנת 1952, חיזק את בולטות העובדה החשובה הזו עבור ווטסון וקריק. המשמעות של יחסים אלו למבנה ה-DNA לא הוכרה עד שווטסון, בהתמידו בבניית מודלים מבניים, הבין שזוגות A:T ו-C:G דומים מבנית. בפרט, האורך של כל זוג בסיסים הוא זהה. צ'רגאף גם ציין בפני ווטסון שבסביבה המימית והמלוחה של התא, הטאוטומרים הדומיננטיים של בסיסי הפירימידין (C ו-T) יהיו תצורות האמין והקטו של ציטוזין ותימין, ולא צורות האימינו והאנול שקריק וווטסון הניחו. הם התייעצו עם ג'רי דונהיו שאישר את המבנים הסבירים ביותר של בסיסי הנוקלאוטידים. זוגות הבסיסים מוחזקים יחד על ידי קשרי מימן, אותה אינטראקציה לא-קוולנטית שמייצבת את סליל האלפא של החלבון. המבנים הנכונים היו חיוניים למיקום קשרי המימן. תובנות אלו הובילו את ווטסון להסיק את הקשרים הביולוגיים האמיתיים של זוגות A:T ו-C:G. לאחר גילוי זוגות ה-A:T ו-C:G הקשורים בקשרי מימן, לווטסון וקריק היה בקרוב מודל הסליל הכפול האנטי-מקבילי שלהם, עם קשרי המימן בליבת הסליל המספקים דרך "לפתוח" את שתי השרשראות המשלימות לשכפול קל: הדרישה המפתח האחרונה למודל סביר של המולקולה הגנטית. חשוב ככל שתרומותיו של קריק לגילוי מודל ה-DNA הסלילי הכפול היו, הוא הצהיר שללא ההזדמנות לשתף פעולה עם ווטסון, הוא לא היה מוצא את המבנה בעצמו.

קריק אכן ניסה לנסות לבצע כמה ניסויים על זיווג בסיסי נוקלאוטידים, אך הוא היה יותר ביולוג תיאורטי מאשר ביולוג ניסויי. הייתה עוד כמעט-גילוי של חוקי זיווג הבסיסים בתחילת 1952. קריק החל לחשוב על אינטראקציות בין הבסיסים. הוא ביקש מג'ון גריפית' לנסות לחשב אינטראקציות מושכות בין בסיסי ה-DNA מעקרונות כימיים ומכניקת קוונטים. הניחוש הטוב ביותר של גריפית' היה ש-A:T ו-G:C הם זוגות מושכים. באותו זמן, קריק לא היה מודע לחוקים של צ'רגאף והוא לא ייחס חשיבות רבה לחישובים של גריפית', אם כי זה התחיל לגרום לו לחשוב על שכפול משלים. זיהוי חוקי זיווג הבסיסים הנכונים (A-T, G-C) הושג על ידי ווטסון "שמשחק" עם מודלים מקרטון גזור של בסיסי הנוקלאוטידים, בדומה לאופן שבו לינוס פאולינג גילה את סליל האלפא של החלבון כמה שנים קודם לכן. גילוי מבנה הסליל הכפול של ה-DNA על ידי ווטסון וקריק התאפשר בזכות נכונותם לשלב תיאוריה, מודלים ותוצאות ניסיוניות (אם כי רובן נעשו על ידי אחרים) כדי להשיג את מטרתם.

מבנה הסליל הכפול של ה-DNA שהוצע על ידי ווטסון וקריק התבסס על קשרי "ווטסון-קריק" בין ארבעת הבסיסים שנמצאו בתדירות הגבוהה ביותר ב-DNA (A, C, T, G) וב-RNA (A, C, U, G). עם זאת, מחקר מאוחר יותר הראה שמבנים מולקולריים מורכבים יותר של DNA בעלי שלושה גדילים, ארבעה גדילים ואחרים דרשו זיווג בסיסים של הוגסטין (Hoogsteen).

בתחום הביולוגיה הסינתטית, משתמשים בבסיסים שאינם A, C, T ו-G ב-DNA סינתטי. בנוסף ל-DNA סינתטי ישנם גם ניסיונות לבנות קודונים סינתטיים, אנדונוקלאזות סינתטיות, חלבונים סינתטיים ואצבעות אבץ סינתטיות. תוך שימוש ב-DNA סינתטי, במקום שיהיו 4 קודונים, אם יש n בסיסים חדשים יכולים להיות עד n קודונים. מחקר נעשה כיום כדי לראות אם ניתן להרחיב קודונים ליותר מ-3 בסיסים. קודונים חדשים אלו יכולים לקודד לחומצות אמינו חדשות. מולקולות סינתטיות אלו יכולות לשמש לא רק ברפואה, אלא ביצירת חומרים חדשים.

התגלית נעשתה ב-28 בפברואר 1953; המאמר הראשון של ווטסון/קריק הופיע ב-Nature ב-25 באפריל 1953. סר לורנס בראג, מנהל מעבדת קוונדיש, שבה עבדו ווטסון וקריק, נשא הרצאה בבית הספר לרפואה של בית החולים גאיס בלונדון ביום חמישי, 14 במאי 1953, מה שהוביל למאמר של ריצ'י קלדר ב-News Chronicle של לונדון, ביום שישי, 15 במאי 1953, שכותרתו "למה אתה מי שאתה. קרוב יותר לסוד החיים". החדשות הגיעו לקוראי הניו יורק טיימס למחרת; ויקטור ק. מקלהני, במחקר הביוגרפיה שלו, "ווטסון ו-DNA: ביצוע מהפכה מדעית", מצא קטעים ממאמר בן שש פסקאות בניו יורק טיימס שנכתב מלונדון ותאריכו 16 במאי 1953 עם הכותרת "צורת 'יחידת החיים' בתא נסרקת". המאמר הופיע במהדורה מוקדמת ולאחר מכן הוסר כדי לפנות מקום לחדשות שנחשבו חשובות יותר. (הניו יורק טיימס פרסם מאוחר יותר מאמר ארוך יותר ב-12 ביוני 1953). עיתון הסטודנטים לתואר ראשון של האוניברסיטה, Varsity, פרסם גם הוא מאמר קצר משלו על התגלית ביום שבת, 30 במאי 1953. ההכרזה המקורית של בראג על התגלית בוועידת סולוויי על חלבונים בבלגיה ב-8 באפריל 1953 לא דווחה על ידי העיתונות הבריטית.

במכתב בכתב יד בן שבעה עמודים לבנו בפנימייה בריטית ב-19 במרץ 1953 הסביר קריק את תגליתו, כשהוא מתחיל את המכתב "מייקל היקר שלי, ג'ים ווטסון ואני כנראה עשינו תגלית חשובה ביותר". המכתב הוצע למכירה פומבית בכריסטי'ס ניו יורק ב-10 באפריל 2013 עם הערכה של 1 עד 2 מיליון דולר, ולבסוף נמכר ב-6,059,750 דולר, הסכום הגבוה ביותר ששולם אי פעם עבור מכתב במכירה פומבית.

סידני ברנר, ג'ק דוניץ, דורותי הודג'קין, לסלי אורגל ובריל מ. אוטון, היו כמה מהאנשים הראשונים באפריל 1953 שראו את המודל של מבנה ה-DNA, שנבנה על ידי קריק וווטסון; באותו זמן הם עבדו במחלקה לכימיה של אוניברסיטת אוקספורד. כולם התרשמו מהמודל החדש של ה-DNA, במיוחד ברנר שעבד לאחר מכן עם קריק בקיימברידג' במעבדת קוונדיש ובמעבדה החדשה לביולוגיה מולקולרית. לדברי ד"ר בריל אוטון המנוחה, מאוחר יותר רימר, כולם נסעו יחד בשתי מכוניות ברגע שדורותי הודג'קין הודיעה להם שהם בדרך לקיימברידג' לראות את המודל של מבנה ה-DNA. אורגל עבד גם הוא מאוחר יותר עם קריק במכון סאלק למחקרים ביולוגיים.

קריק תואר לעיתים קרובות כדברן מאוד, כאשר ווטסון – ב"הסליל הכפול" – רומז על חוסר צניעות. אישיותו בשילוב עם הישגיו המדעיים יצרו הזדמנויות רבות עבור קריק לעורר תגובות מאחרים, הן בתוך והן מחוץ לעולם המדעי, שהיה מרכז חייו האינטלקטואליים והמקצועיים. קריק דיבר במהירות, ובקול רם למדי, והיה לו צחוק מדבק ומהדהד, וחוש הומור חי. עמית אחד ממכון סאלק תיאר אותו כ"מעצמה אינטלקטואלית של סיעור מוחות עם חיוך שובב. ... פרנסיס אף פעם לא היה מרושע, רק חריף. הוא זיהה פגמים מיקרוסקופיים בלוגיקה. בחדר מלא במדענים חכמים, פרנסיס הרוויח ללא הרף מחדש את מעמדו כאלוף המשקל הכבד."

זמן קצר לאחר מותו של קריק, הועלו טענות על כך שהוא השתמש ב-LSD כאשר הגיע לרעיון של מבנה הסליל של ה-DNA. בעוד שכמעט בוודאות הוא אכן השתמש ב-LSD, לא סביר שהוא עשה זאת מוקדם כמו 1953. בסוף שנות ה-60 הוא קיבל LSD מהנרי טוד שפגש את קריק דרך חברתו שדגמנה עבור אשתו של קריק.

### ביולוגיה מולקולרית

בשנת 1954, בגיל 37, השלים קריק את תזה הדוקטורט שלו: "עקיפת קרני רנטגן: פוליפפטידים וחלבונים" וקיבל את התואר. קריק עבד אז במעבדה של דיוויד הרקר במכון הפוליטכני של ברוקלין, שם המשיך לפתח את כישוריו בניתוח נתוני עקיפת קרני רנטגן עבור חלבונים, ועבד בעיקר על ריבונוקלאז והמנגנונים של סינתזת חלבונים. דיוויד הרקר, הקריסטלוגרף האמריקאי בקרני רנטגן, תואר כ"ג'ון ויין של הקריסטלוגרפיה" על ידי ויטוריו לוזאטי, קריסטלוגרף במרכז לגנטיקה מולקולרית בגיף-סור-איבט ליד פריז, שעבד עם רוזלינד פרנקלין.

לאחר גילוי מודל הסליל הכפול של ה-DNA, תחומי העניין של קריק עברו במהירות להשלכות הביולוגיות של המבנה. בשנת 1953, ווטסון וקריק פרסמו מאמר נוסף ב-Nature שקבע: "לכן נראה סביר שהרצף המדויק של הבסיסים הוא הקוד שנושא את המידע הגנטי".

בשנת 1956, קריק וווטסון שיערו לגבי המבנה של נגיפים קטנים. הם הציעו שלנגיפים כדוריים כמו נגיף ה-Tomato bushy stunt יש סימטריה איקוסהדרלית והם עשויים מ-60 תת-יחידות זהות.

לאחר תקופתו הקצרה בניו יורק, חזר קריק לקיימברידג' שם עבד עד 1976, אז עבר לקליפורניה. קריק השתתף בכמה שיתופי פעולה בעקיפת קרני רנטגן כמו אחד עם אלכסנדר ריץ' על מבנה הקולגן. עם זאת, קריק התרחק במהירות מעבודה מתמשכת הקשורה למומחיותו בפרשנות של דפוסי עקיפת קרני רנטגן של חלבונים.

ג'ורג' גאמוב הקים קבוצה של מדענים שהתעניינו בתפקידו של ה-RNA כמתווך בין ה-DNA כמולקולת האחסון הגנטית בגרעין התאים לבין סינתזת חלבונים בציטופלזמה (מועדון ה-RNA Tie Club). היה ברור לקריק שחייב להיות קוד שבו רצף קצר של נוקלאוטידים יציין חומצת אמינו מסוימת בחלבון שסונתז זה עתה. בשנת 1956 כתב קריק מאמר לא רשמי על בעיית הקידוד הגנטי עבור הקבוצה הקטנה של מדענים בקבוצת ה-RNA של גאמוב. במאמר זה, קריק סקר את הראיות התומכות ברעיון שיש קבוצה משותפת של כ-20 חומצות אמינו המשמשות לסינתזת חלבונים. קריק הציע שיש קבוצה מקבילה של "מולקולות מתאם" קטנות שיקשרו בקשרי מימן לרצפים קצרים של חומצת גרעין, וגם יתחברו לאחת מחומצות האמינו. הוא גם חקר את האפשרויות התיאורטיות הרבות שבהן רצפי חומצת גרעין קצרים עשויים לקודד ל-20 חומצות האמינו.

במהלך אמצע עד סוף שנות ה-50 היה קריק מעורב מאוד אינטלקטואלית בפתרון המסתורין של אופן סינתזת החלבונים. עד 1958, חשיבתו של קריק הבשילה והוא יכול היה לרשום בצורה מסודרת את כל התכונות המרכזיות של תהליך סינתזת החלבונים:

מידע גנטי מאוחסן ברצף מולקולות ה-DNA

- מולקולת RNA "שליח" לשאת את ההוראות להכנת חלבון אחד לציטופלזמה

- מולקולות מתאם ("הן עשויות להכיל נוקלאוטידים") כדי להתאים רצפים קצרים של נוקלאוטידים במולקולות ה-RNA השליח לחומצות אמינו ספציפיות

- קומפלקסים של ריבונוקלאוטיד-חלבון המזרזים את הרכבת חומצות האמינו לחלבונים בהתאם ל-RNA השליח

מולקולות המתאם הוכחו בסופו של דבר כ-tRNAs ו"קומפלקסי הריבונוקלאוטיד-חלבון" המזרזים נודעו כריבוזומים. צעד חשוב היה ההבנה של קריק וברנר ב-15 באפריל 1960 במהלך שיחה עם פרנסואה ז'קוב ש-RNA שליח אינו אותו דבר כמו RNA ריבוזומלי. מאוחר יותר באותו קיץ, ברנר, ז'קוב ומתיו מסלסון ערכו ניסוי שהיה הראשון להוכיח את קיומו של RNA שליח. אף אחד מאלה, עם זאת, לא ענה על השאלה התיאורטית הבסיסית של האופי המדויק של הקוד הגנטי. במאמרו מ-1958, קריק שיער, כפי שעשו אחרים, ששלישייה של נוקלאוטידים יכולה לקודד לחומצת אמינו. קוד כזה עשוי להיות "מנוון", עם 4×4×4=64 שלישיות אפשריות של ארבעת תת-יחידות הנוקלאוטידים בעוד שהיו רק 20 חומצות אמינו. לחלק מחומצות האמינו עשויים להיות קודי שלישייה מרובים. קריק חקר גם קודים אחרים שבהם, מסיבות שונות, רק חלק מהשלישיות היו בשימוש, מה שייצר "באופן קסום" רק את 20 השילובים הדרושים. היה צורך בתוצאות ניסיוניות; תיאוריה לבדה לא יכלה להכריע באופי הקוד. קריק השתמש גם במונח "דוגמה מרכזית" כדי לסכם רעיון שמרמז שזרימת מידע גנטי בין מאקרו-מולקולות תהיה בעצם חד-כיוונית:

DNA → RNA → חלבון

כמה מבקרים חשבו שעל ידי שימוש במילה "דוגמה", קריק רומז שזהו כלל שלא ניתן להטיל בו ספק, אך כל מה שהוא באמת התכוון אליו היה שזהו רעיון משכנע ללא הרבה ראיות מוצקות התומכות בו. בחשיבתו על התהליכים הביולוגיים המקשרים גנים של DNA לחלבונים, קריק עשה הבחנה מפורשת בין החומרים המעורבים, האנרגיה הנדרשת וזרימת המידע. קריק התמקד ברכיב שלישי זה (מידע) וזה הפך לעיקרון המארגן של מה שנודע כביולוגיה מולקולרית. קריק הפך עד זמן זה לביולוג מולקולרי תיאורטי בעל השפעה רבה.

הוכחה לכך שהקוד הגנטי הוא קוד שלישייה מנוון הגיעה סוף סוף מניסויי גנטיקה, שחלקם בוצעו על ידי קריק. פרטי הקוד הגיעו בעיקר מעבודתם של מרשל נירנברג ואחרים שסינתזו מולקולות RNA סינתטיות והשתמשו בהן כתבניות לסינתזת חלבונים במבחנה. נירנברג הודיע לראשונה על תוצאותיו לקהל קטן במוסקבה בוועידה ב-1961. תגובתו של קריק הייתה להזמין את נירנברג לשאת את הרצאתו לקהל גדול יותר.