Dorothy Hodgkin: la cristallografa che ha fotografato le molecole

Margaret Thatcher, che studiò chimica sotto la sua guida a Oxford, appese in seguito un ritratto di Dorothy Hodgkin nel suo ufficio al numero 10 di Downing Street: un omaggio singolare da parte di una prima ministra la cui politica era, sotto quasi ogni aspetto, l'opposto dell'impegno di una vita della sua ex insegnante a favore del disarmo nucleare. Il fatto che il ritratto fosse comunque appeso lì dice qualcosa sulla statura della Hodgkin: anche gli oppositori politici riconoscevano che aveva fatto qualcosa che quasi nessun altro sulla Terra era in grado di fare, ovvero leggere la forma tridimensionale di una molecola direttamente dalle ombre che proiettava quando bombardata dai raggi X, e farlo per la penicilina, la vitamina B12 e l'insulina, in successione.

Ciottoli a Khartoum

Dorothy Mary Crowfoot nacque nel 1910 al Cairo, in Egitto, da genitori inglesi, John e Grace Crowfoot, entrambi autorità in archeologia che lavoravano nell'Africa settentrionale coloniale; suo padre era ispettore scolastico. Dorothy trascorse gran parte della sua infanzia a Khartoum, in Sudan, e fu lì, incoraggiata dal pedologo A. F. Joseph, che iniziò ad analizzare minerali e ciottoli locali con un kit portatile di analisi minerale intorno ai quattordici anni. Due anni dopo, sua madre le regalò una copia del libro del fisico William Henry Bragg "Concerning the Nature of Things" (Sulla natura delle cose), che descriveva come i raggi X potessero essere utilizzati per "vedere" la disposizione degli atomi all'interno di un cristallo: un dono che definì la direzione dell'intera sua carriera.

Oxford, Cambridge e una nuova scienza

La Hodgkin si iscrisse al Somerville College di Oxford a diciotto anni per studiare chimica, conseguì la laurea nel 1928 e scelse la cristallografia a raggi X per il suo progetto di ricerca dell'ultimo anno. Proseguì gli studi a Cambridge sotto la direzione del cristallografo J. D. Bernal, completando il dottorato nel 1937. Durante il suo periodo a Cambridge, era presente quando i ricercatori ottennero la prima radiografia a raggi X di un cristallo proteico nel 1934, una dimostrazione storica del fatto che anche molecole biologiche grandi e complesse potevano essere cristallizzate e studiate in questo modo: una prova di concetto per l'intera carriera che seguì.

Un corpo che la ostacolava e un metodo che non se ne curava

Alla Hodgkin fu diagnosticata l'artrite reumatoide a ventiquattro anni, una condizione cronica e progressivamente invalidante che alla fine deformò le sue mani e le sue articolazioni. Invece di abbandonare il lavoro di laboratorio, modificò le sue attrezzature e le sue tecniche per continuare a lavorare attraverso decenni di dolore fisico crescente, continuando a dirigere il proprio laboratorio a Oxford. La scelta della cristallografia a raggi X come metodo fu importante qui in un modo quasi incidentale rispetto alla sua malattia: la tecnica si basava su calcoli meticolosi e sull'interpretazione di modelli piuttosto che sulla fine destrezza manuale ripetitiva richiesta da molte altre scienze di laboratorio, consentendole di continuare a contribuire ai massimi livelli anche quando le sue capacità fisiche diminuivano.

Decifrare la penicilina, poi la vitamina B12, poi l'insulina

Nel 1942, il biochimico Ernst Chain, che aveva contribuito a sviluppare la penicilina come farmaco utilizzabile, sfidò la Hodgkin a determinarne la precisa struttura chimica: informazioni di cui i medici avevano bisogno per capire esattamente come funzionava il farmaco e per produrre composti correlati. Lavorando durante gli anni della guerra, la Hodgkin cristallizzò le molecole di penicilina e vi fece passare attraverso i raggi X, registrando i modelli di diffrazione su lastre fotografiche e calcolando faticosamente, a mano, la disposizione atomica che quei modelli implicavano. Nel maggio 1945 l'aveva risolto, confermando una struttura ad anello beta-lattamico che Chain sospettava ma non aveva provato, un risultato che aprì le porte allo sviluppo di antibiotici correlati come la cefalosporina e l'amoxicillina. Passò poi alla vitamina B12, una molecola circa dieci volte più grande e più complessa, risolvendone la struttura di 181 atomi nel 1954 dopo otto anni di lavoro, diventando nel frattempo una delle prime ad adottare l'informatica elettronica per la cristallografia, utilizzando la macchina Pilot ACE di Alan Turing per gestire calcoli troppo laboriosi da eseguire a mano. Il suo obiettivo più ambizioso fu l'insulina, un ormone la cui struttura perseguì a intermittenza per trentaquattro anni prima di risolverne finalmente la disposizione di 788 atomi nel 1969: un progetto che coprì quasi l'intera sua carriera scientifica, dal primo tentativo al completamento.

Un Premio Nobel e un matrimonio tra due carriere

Nel 1964, la Hodgkin ricevette il Premio Nobel per la chimica "per le sue determinazioni mediante tecniche a raggi X delle strutture di importanti sostanze biochimiche", diventando solo la terza donna a vincere un premio Nobel in una qualsiasi categoria scientifica, dopo Marie Curie e Irène Joliot-Curie. Aveva sposato Thomas L. Hodgkin, divenuto un'autorità riconosciuta di storia africana, nel 1937, continuando a pubblicare professionalmente con il suo cognome da nubile fino al 1949; la coppia crebbe tre figli mentre entrambi ricoprivano posizioni accademiche, con il sostegno della famiglia allargata per gestire le esigenze di due carriere serie. Fu eletta membro della Royal Society nel 1947.

Perché Dorothy è definita un genio

La tesi per definire la Hodgkin un genio si basa su una dimostrata e crescente padronanza di un metodo straordinariamente difficile: la cristallografia a raggi X richiede di inferire una struttura atomica tridimensionale invisibile da un modello d'ombra indiretto e matematicamente ambiguo, e la Hodgkin ebbe successo ripetutamente con molecole di crescente dimensione e complessità (dai 17 atomi della penicilina ai 788 dell'insulina) nel corso di una carriera durante la quale la maggior parte degli strumenti computazionali necessari non esisteva ancora, costringendola a calcolare a mano per anni di fila. Il fatto che abbia sostenuto questo lavoro attraverso decenni di peggioramento dell'artrite reumatoide aggiunge una dimensione di pura resistenza al risultato intellettuale, sebbene valga la pena di precisare che la sua disabilità non le ha conferito di per sé intuizioni scientifiche; sono il ragionamento cristallografico sottostante, e non la sola perseveranza, che il comitato Nobel e i suoi pari scientifici hanno riconosciuto. La complicazione onesta è che la cristallografia è per sua natura una scienza collaborativa e iterativa costruita su strumenti e predecessori (le tecniche fondamentali a raggi X di Bragg, la prima cristallografia proteica di Bernal e infine la potenza di calcolo fornita dalle macchine di altri), quindi il genio della Hodgkin risiede meno in un unico lampo di teoria originale che in una maestria tecnica ineguagliata e sostenuta applicata successivamente ad alcuni degli enigmi strutturali più difficili della biochimica.

Eredità

La Hodgkin ha presieduto le Conferenze Pugwash su scienza e affari mondiali dal 1976 al 1988 (essendo stata attiva nell'organizzazione per oltre un decennio prima), facendo campagna per il disarmo nucleare e la cooperazione scientifica internazionale durante gli anni più tesi della Guerra Fredda, ed è stata mentore di una generazione di studenti ricercatori, molti dei quali donne, in un campo che aveva offerto pochi modelli femminili prima di lei. È morta per un ictus nella sua casa nel 1994. Le sue determinazioni strutturali della penicilina, della vitamina B12 e dell'insulina rimangono fondamentali per la farmacologia moderna e la biologia strutturale, alla base della progettazione degli antibiotici e del trattamento del diabete.