Дороти Ходжкин: кристаллограф, которая фотографировала молекулы

Маргарет Тэтчер (Margaret Thatcher), изучавшая химию под руководством Дороти Ходжкин (Dorothy Hodgkin) в Оксфорде, позже повесила её портрет в своём кабинете на Даунинг-стрит, 10 — странная дань уважения со стороны премьер-министра, чьи политические взгляды почти во всём противоречили борьбе её бывшей наставницы за ядерное разоружение. Тот факт, что портрет всё же висел там, говорит о значимости Ходжкин: даже политические оппоненты признавали, что она совершила то, что почти никто на Земле не мог сделать: считывала трехмерную форму молекулы прямо из теней, возникающих при бомбардировке рентгеновскими лучами, и делала это для пенициллина, витамина B12 и инсулина.

Галька в Хартуме

Дороти Мэри Кроуфут (Dorothy Mary Crowfoot) родилась в 1910 году в Каире, Египет, в семье англичан Джона (John) и Грейс Кроуфут (Grace Crowfoot), авторитетных археологов, работавших в колониальной Северной Африке; её отец был школьным инспектором. Дороти провела большую часть своего детства в Хартуме, Судан, и именно там, под поощрением почвоведа А. Ф. Джозефа (A. F. Joseph), около четырнадцати лет она начала анализировать местные минералы и гальку с помощью портативного набора для минерального анализа. Два года спустя мать подарила ей книгу физика Уильяма Генри Брэгга (William Henry Bragg) «О природе вещей» (Concerning the Nature of Things), в которой описывалось, как рентгеновские лучи можно использовать для того, чтобы «видеть» расположение атомов внутри кристалла — подарок, который определил направление всей её карьеры.

Оксфорд, Кембридж и новая наука

В восемнадцать лет Ходжкин поступила в Сомервиль-колледж (Somerville College) в Оксфорде для изучения химии, получила степень бакалавра в 1928 году и выбрала рентгеноструктурный анализ для своего выпускного исследовательского проекта. Она продолжила обучение в Кембридже под руководством кристаллографа Дж. Д. Бернала (J. D. Bernal), получив степень доктора философии в 1937 году. Во время пребывания в Кембридже она присутствовала при получении первой рентгенограммы белкового кристалла в 1934 году — знаковое событие, доказавшее, что даже крупные и сложные биологические молекулы можно кристаллизовать и изучать таким образом, что стало концептуальной основой всей её последующей карьеры.

Тело, которое ей мешало, и метод, которому было всё равно

В двадцать четыре года у Ходжкин был диагностирован ревматоидный артрит — хроническое и прогрессирующее заболевание, которое со временем привело к деформации её рук и суставов. Вместо того чтобы оставить лабораторную работу, она модифицировала оборудование и методы, продолжая работать на протяжении десятилетий, несмотря на усиливающиеся физические боли, и продолжала руководить собственной лабораторией в Оксфорде. Выбор рентгеноструктурного анализа в качестве метода был важен здесь не только из-за болезни: техника опиралась на тщательные расчеты и интерпретацию паттернов, а не на тонкую, повторяющуюся ручную моторику, требовавшуюся во многих других лабораторных науках, что позволяло ей продолжать вносить вклад на высочайшем уровне даже по мере снижения её физических возможностей.

Расшифровка пенициллина, затем витамина B12, затем инсулина

В 1942 году биохимик Эрнст Чейн (Ernst Chain), который помог превратить пенициллин в пригодное лекарство, бросил вызов Ходжкин, попросив определить его точную химическую структуру — информацию, необходимую врачам для понимания того, как именно работает лекарство, и для создания родственных соединений. Работая в военные годы, Ходжкин кристаллизовала молекулы пенициллина, пропускала через них рентгеновские лучи, записывала дифракционные картины на фотопластинках и вручную, с большим трудом, вычисляла атомную структуру, которую подразумевали эти паттерны. К маю 1945 года она решила эту задачу, подтвердив структуру бета-лактамного кольца, которую Чейн подозревал, но не мог доказать. Этот результат открыл путь к разработке антибиотиков, таких как цефалоспорины и амоксициллин. Затем она переключилась на витамин B12, молекулу примерно в десять раз больше и сложнее. К 1954 году, после восьми лет работы, она расшифровала его структуру из 181 атома, став одним из первых пользователей электронной вычислительной техники в кристаллографии, используя машину Pilot ACE Алана Тьюринга (Alan Turing) для выполнения расчетов, слишком трудоемких для ручного исполнения. Её самой амбициозной целью был инсулин — гормон, структуру которого она изучала с перерывами на протяжении 34 лет, прежде чем окончательно расшифровала его структуру из 788 атомов в 1969 году. Этот проект охватил почти всю её научную карьеру, от первой попытки до завершения.

Нобелевская премия и брак двух карьер

В 1964 году Ходжкин была удостоена Нобелевской премии по химии «за определение с помощью рентгеновских методов структур важных биохимических веществ», став лишь третьей женщиной, получившей Нобелевскую премию в любой научной категории, после Марии Кюри (Marie Curie) и Ирен Жолио-Кюри (Irène Joliot-Curie). В 1937 году она вышла замуж за Томаса Л. Ходжкина (Thomas L. Hodgkin), ставшего известным авторитетом в области истории Африки. В профессиональной деятельности она продолжала публиковаться под своей девичьей фамилией до 1949 года. Пара вырастила троих детей, занимая академические должности, и пользовалась поддержкой своей расширенной семьи, чтобы справляться с требованиями двух серьезных карьер. В 1947 году она была избрана членом Королевского общества.

Почему Дороти называют гением

Аргумент в пользу того, чтобы назвать Ходжкин гением, опирается на продемонстрированное, прогрессирующее мастерство в чрезвычайно трудном методе: рентгеноструктурный анализ требует вывода невидимой трехмерной атомной структуры из косвенного, математически неоднозначного паттерна теней. Ходжкин неоднократно добивалась успеха с молекулами возрастающего размера и сложности — от 17 атомов пенициллина до 788 атомов инсулина — на протяжении карьеры, когда большинство необходимых вычислительных инструментов еще не существовало, что заставляло её годами считать вручную. Тот факт, что она продолжала эту работу на протяжении десятилетий прогрессирующего ревматоидного артрита, добавляет измерение чистой выносливости к её интеллектуальному достижению, хотя важно уточнить, что инвалидность сама по себе не приносила научного озарения; именно лежащие в основе кристаллографические рассуждения, а не просто упорство, были признаны Нобелевским комитетом и её коллегами-учеными. Честная сложность заключается в том, что кристаллография по своей природе — это совместная, итеративная наука, построенная на инструментах и предшественниках (фундаментальные рентгеновские методы Брэгга, ранняя кристаллография белков Бернала и, в конечном итоге, вычислительные мощности на машинах других людей), поэтому гениальность Ходжкин заключается не столько во внезапной вспышке оригинальной теории, сколько в непревзойденном, устойчивом техническом мастерстве, примененном последовательно к одним из самых трудных структурных головоломок биохимии.

Наследие

Ходжкин председательствовала на Пагуошских конференциях по науке и мировым проблемам (Pugwash Conferences on Science and World Affairs) с 1976 по 1988 год (будучи активным участником организации более десяти лет до этого), выступая за ядерное разоружение и международное научное сотрудничество в самые напряженные годы холодной войны. Она наставляла поколение студентов-исследователей, многие из которых были женщинами, в области, где до неё было мало примеров для подражания среди женщин. Она умерла от инсульта у себя дома в 1994 году. Её расшифровки структур пенициллина, витамина B12 и инсулина остаются фундаментом современной фармакологии и структурной биологии, лежа в основе разработки антибиотиков и лечения диабета.