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quarta-feira, 17 de fevereiro de 2021

#7 - Pessoas influentes na Biologia - Rosalind Franklin

O trabalho de Rosalind Franklin (1920 – 1958) na radiografia desempenhou um papel crucial na descoberta da estrutura do DNA.

Além disso, Franklin descobriu o DNA previamente insuspeito tipo B, estabelecendo que as moléculas de DNA podem existir em mais de uma forma conformacional.

Agora sabemos que o DNA tipo B é a estrutura habitual do DNA dentro das células vivas.



Anos iniciais

Rosalind Elsie Franklin nasceu em 25 de julho de 1920 em uma família de classe alta socialmente bem conectada na capital do Reino Unido, Londres. Seu pai era Ellis Arthur Franklin, um banqueiro de investimentos; e sua mãe era Muriel Frances Waley, filha de um advogado. Rosalind era a segunda de seus cinco filhos.

Além de seu trabalho bancário, o pai de Rosalind ajudou pessoas menos privilegiadas, ensinando eletricidade e magnetismo no Working Men's College de Londres. Sua mãe fazia trabalho beneficente ajudando os idosos, os desempregados e as mães solteiras.

Rosalind foi educada em escolas particulares, onde seu excelente intelecto foi logo identificado.

Seus pais encorajaram todos os filhos a ter suas próprias opiniões e a discutir e debater as questões da época. Rosalind podia debater com veemência incomum, e continuaria a fazê-lo na vida adulta.

Ela começou o ensino médio - St Paul's Girls' School - em 1931, aos 11 anos de idade - e trabalhou duro.

Seus talentos científicos eram excepcionais.

Uma vez, ao ser convidada a escolher um livro para ser comprado como prêmio escolar, Rosalind optou pelos Novos Caminhos da Ciência de Arthur Eddington, de 1935. Seus temas incluíam teoria quântica, energia subatômica e teoria de grupo - leitura bastante avançada para uma criança de 15 anos. Ela já sentia que seu destino estava na ciência física.

Rosalind também era forte em latim, alemão e francês, e hábil no esporte.

Ela formou algumas amizades duradouras na escola, mas era tímida e podia ser difícil com outros, inclusive com seus professores.

Rosalind deixou a escola em 1938, época em que houve uma aceitação crescente no Reino Unido de que uma guerra com a Alemanha nazista era provável. Os pais judeus de Rosalind haviam levado duas crianças que fugiam do regime nazista para sua casa. Quando Rosalind ganhou uma bolsa de estudos universitária, ela doou-a a um estudante refugiado.

Antes de começar a universidade, ela abandonou qualquer adesão espiritual ao judaísmo, mas não sua afinidade cultural.


Formação

Chegando à Universidade de Cambridge em 1938, aos 18 anos de idade, Franklin optou por estudar Ciências Naturais. Trabalhou muito e participou plenamente das sociedades da universidade, ingressando no Chemistry Club, no Mathematics Club e na Sociedade Judaica.

Rigorosa como sempre, ela fez uma reclamação sobre o padrão das palestras de Química. Sua reclamação foi eficaz e as palestras melhoraram.

Quando seu segundo ano em Cambridge estava previsto para começar, a guerra na Europa já havia começado. Seu pai a princípio se recusou a pagar pelo segundo ano, suplicando-lhe que adiasse sua educação e se envolvesse com o esforço de guerra. Sua esposa o persuadiu a desistir da ideia.

Após três anos em Cambridge, Franklin prestou seus exames finais. Ela se formou com honras de segunda classe, um resultado que a decepcionou.

O resultado não foi uma surpresa para Fred Dainton, seu supervisor. Embora sua habilidade natural fosse muito alta, Franklin era uma perfeccionista. Ela passou muito tempo compondo respostas perfeitas às primeiras perguntas nos exames, deixando muito pouco tempo para completar todo o exame com o mesmo padrão.

No entanto, Franklin foi informada em particular que tinha chegado em primeiro lugar em química física, e foi premiada com uma bolsa de pesquisa.

Ela começou a pesquisar a velocidade das reações de polimerização. Seu conselheiro de doutorado foi o futuro químico ganhador do Prêmio Nobel Ronald Norrish. Franklin desistiu após um ano: ela não se dava bem com seus colegas, não gostava do trabalho que fazia e, em suas próprias palavras, "desprezava" Norrish, que nesta fase de sua carreira estava bebendo muito.


Carvão e Carbono

Em 1942, no meio da Segunda Guerra Mundial, Franklin começou a trabalhar na pesquisa de utilização de carvão em Londres. O carvão - uma forma impura de carbono - era absolutamente vital para alimentar o esforço de guerra britânico.

Como uma esponja, o carvão é poroso, com redes de túneis minúsculos passando por ele. As propriedades destes túneis são importantes para a eficiência do carvão como combustível.

Franklin mostrou como classificar o carvão por sua porosidade e estabeleceu como a porosidade afeta o desempenho do combustível.


Um Ph.D. em carbono como peneira molecular

Franklin descobriu que muitos túneis em carvão têm aproximadamente o mesmo diâmetro que as moléculas de gás. Ela descobriu que o carvão pode atuar como uma peneira molecular - sua estrutura fina pode ser usada para separar misturas de moléculas, como um peneira molecular.

Uma mistura de gases à esquerda se torna uma substância pura à direita. Os poros da peneira molecular só permitem a passagem de moléculas menores

Atualmente, as peneiras moleculares baseadas em carbono são utilizadas, por exemplo, para extrair oxigênio do ar.

O trabalho de carvão de Franklin deu a ela os dados necessários para uma tese de doutorado. Cambridge lhe concedeu um doutorado em 1945.


Paris e Difração de Raios-X

Em 1947, aos 27 anos, Franklin mudou-se para Paris. Ela vivia de forma invulgarmente barata na capital francesa.

Franklin juntou-se à equipe de pesquisadores de Jacques Mering no laboratório central do governo francês, onde Mering foi pioneiro nos estudos de difração de raios X de sólidos amorfos - ou seja, sólidos como carvão sem estrutura cristalina regular.

35 anos antes, em 1912, Lawrence Bragg havia descoberto como a difração de raios X pode ser usada para encontrar a localização de átomos em sólidos cristalinos e assim construir imagens de moléculas. Franklin agora iria se tornar um especialista em seu uso.

Logo ela estava usando a difração de raios X para estudar a estrutura atômica do carvão.

Lawrence Bragg e seu pai usaram a difração de raios X para descobrir a estrutura atômica de muitos sólidos cristalinos, como o diamante, mostrado acima.

Ela estava particularmente interessada no processo de transformação do carvão amorfo em grafite cristalino, um material essencial no novo campo da pesquisa nuclear. Franklin identificou com sucesso os tipos de carbono amorfo que podem ser transformados em grafite cristalino.

Em 1949, Franklin começou a pensar em voltar à sua cidade natal. Seus sentimentos sobre isso eram ambíguos; ela gostava mais da companhia dos franceses do que dos ingleses.


Londres, Difração de raios X, e DNA

Em janeiro de 1951, com 30 anos, Franklin iniciou uma bolsa de pós-doutorado em biofísica no King's College, Universidade de Londres. O laboratório era incomum para a época: 8 de seus 31 pesquisadores eram do sexo feminino, alguns em cargos seniores.

Franklin tinha sido recrutada para trabalhar na estrutura 3D de proteínas. Na verdade, quando Franklin chegou ao King's, ela começou a trabalhar na estrutura 3D do DNA.

A mudança de plano foi ideia de Maurice Wilkins. Wilkins, um cientista sênior do King's College, sugeriu ao chefe do laboratório, John Randall, que Franklin se juntasse a sua equipe de DNA.

Franklin logo ficou insatisfeita com a King's. Ela havia se acostumado a seus colegas em Paris discutindo conceitos intelectuais, teoria política e filosofia em seu tempo livre. Em comparação, King's parecia enfadonho, com conversas em tempo livre ou focando no trabalho ou em tópicos mundanos como o esporte.


DNA no King's College antes de Franklin

Maurice Wilkins estava interessado no DNA. Ele havia obtido uma amostra perfeita dele, e havia extraído o DNA em microfibras. Seu doutorando, Raymond Gosling, descobriu que sob condições adequadas as microfibras de DNA eram cristalinas. Este foi um grande avanço. Os cristais apresentavam um alvo perfeito para a difração de raios X, que podia ser usado para estudar a estrutura 3D. Um dos físicos da King's, Alexander Stokes, observou os padrões de difração nas fotos de Gosling e concluiu que as moléculas de DNA provavelmente tinham forma de hélice. Ele já tinha visto cristais de vírus helicoidais darem padrões semelhantes.

Na verdade, as hélices eram cada vez mais o assunto do mundo científico. Em novembro de 1950, dois meses antes de Franklin começar na King's, Linus Pauling havia publicado uma pequena carta anunciando sua descoberta de moléculas de proteína helicoidal.

Infelizmente, Maurice Wilkins e Rosalind Franklin, trabalhando no mesmo campo, no mesmo laboratório, acabariam por deixar de falar um com o outro. Eles trabalharam separadamente na estrutura do DNA.

A tensão surgiu primeiro porque, desconhecido de Wilkins, seu chefe Randall havia dito a Franklin que ela assumiria o trabalho de DNA de Wilkins. Curiosamente, ele não disse isto a Wilkins. A situação foi agravada pelo fato de Wilkins estar ausente na primeira semana ou duas após a chegada de Franklin, quando Franklin substituiu Wilkins como conselheira de doutorado de Gosling.

Quando Wilkins retornou, Franklin pensou que estava tentando se impor em seu território de pesquisa. Isto foi estranho porque, embora não fosse seu gerente, ele era um cientista sênior.

Por outro lado, Wilkins acreditava que Franklin tinha se juntado a sua equipe de DNA e estava perplexo com a relutância dela em se comunicar.

Franklin e Wilkins pensavam que um pensava que o outro estava agindo de forma pouco razoável. Wilkins, um homem dolorosamente tímido, ficou perplexo com a crescente hostilidade de Franklin. Franklin podia ser altamente conflituosa e realmente gostava de discussões acaloradas. Wilkins recuaria de tais confrontos, de modo que o ar nunca era desobstruído entre eles.

A atmosfera azeda deixou Raymond Gosling, o estudante da pesquisa, em uma posição desconfortável.

Gosling chegou a acreditar que Randall deliberadamente criou o conflito, pensando que a competição entre Franklin e Wilkins seria benéfica para o programa de trabalho do laboratório!

Na verdade, Wilkins e Franklin eram ambos infelizes. Longe do laboratório, Franklin chorou lágrimas de como a situação era terrível. Wilkins agonizava sobre a reparação de sua relação, mas a formidável personalidade que Franklin lhe apresentava, agravada por sua própria personalidade hesitante, sempre frustrou suas boas intenções.


Grandes progressos: Dois tipos de DNA

Franklin, com o benefício de sua experiência em Paris, começou a montar um equipamento de raios X para tirar as melhores fotos de difração de raios X já vistas na King's.

Oito meses após seu novo trabalho, em setembro de 1951, ela fez um avanço decisivo, descobrindo um segundo tipo de DNA até então insuspeito.

Ela descobriu que quando o DNA é exposto a altos níveis de umidade, sua estrutura muda. Franklin chamou a forma de alta umidade que ela e Gosling descobriram 'DNA B'. A forma mais seca tornou-se 'DNA A'.

Agora sabemos que o DNA B é a disposição habitual do DNA dentro das células vivas, onde o ambiente é muito úmido.

Como consequência de sua descoberta, Franklin percebeu que os estudos anteriores de raios X do DNA eram menos úteis do que poderiam ter sido - o DNA continha uma mistura de tipos A e B, causando embaçamento nas fotos de difração de raios X.


Uma reunião com Crick e Watson

Um mês após a descoberta do DNA B por Franklin, ela fez uma apresentação sobre o assunto em um colóquio.

Um ouvinte muito interessado foi um jovem pesquisador americano que trabalhava na Universidade de Cambridge. Seu nome era James Watson, e ele havia se tornado bastante fanático em sua busca pela estrutura do DNA.

Watson lembrou-se o suficiente das informações que Franklin apresentou no colóquio para permitir que ele próprio e outro entusiasta do DNA de Cambridge, Francis Crick, construíssem um modelo de DNA em escala 3D. Eles tinham sido inspirados a fazer isto pela descoberta de Linus Pauling da hélice alfa da proteína utilizando um modelo em escala 3D.

Entretanto, Watson não havia tomado notas na apresentação de Franklin; ele se lembrou de alguns detalhes de forma errada e, portanto, naturalmente o modelo também estava errado.

Watson e Crick convidaram os pesquisadores de DNA da King's para ver o modelo.

E assim os principais atores da história se reuniram, inclusive:

  • Franklin, Wilkins, e Gosling do King's College, Londres
  • Watson e Crick do Laboratório Cavendish de Cambridge

O modelo de Watson e Crick era uma tripla hélice. Franklin, sempre cautelosa em tirar conclusões prematuras, argumentou que suas fotos de difração de raios X não forneciam nenhuma certeza de uma hélice.


Desestruturando Crick e Watson

Por conta disso, Franklin lançou um ataque educado, mas ainda assim devastador, ao físico Crick e ao biólogo Watson, na primeira tentativa de um modelo de DNA. A memória defeituosa de Watson, combinada com a inexperiência da dupla em química, resultou em erros básicos.

Incansável, Crick e Watson esperavam desenvolver mais seu modelo e perguntaram aos pesquisadores de Londres se gostariam de colaborar na estrutura do DNA, mas Franklin e Gosling não quiseram fazê-lo.

Quando recebeu os relatórios da reunião, Lawrence Bragg, chefe do Laboratório Cavendish de Cambridge, instruiu Crick e Watson a interromper seu trabalho de DNA - eles não deveriam competir com o King's.


Foto 51

Em 2 de maio de 1952, Raymond Gosling tirou a foto 51 - uma foto de difração de raios X do DNA B que se tornaria ao mesmo tempo famosa e notória. Cerca de um mês depois, Franklin disse a Randall que deixaria a King's para fazer trabalhos de raios X na Birkbeck College, também em Londres.

Um esboço rudimentar da foto 51

A foto 51 era tão perfeita que gritava "hélice" para qualquer pessoa familiarizada com a difração de raios X. Entretanto, as fotos de DNA tipo A eram menos nítidas e a perfeccionista de Franklin queria entender o porquê.

Havia muitas informações a serem colhidas da foto 51:

  • a distância entre uma reviravolta completa da hélice e a próxima
  • o diâmetro da hélice

Muito mais sutilmente, a foto 51 revelou como alguns dos grupos químicos do DNA foram organizados:

  • os grupos de fosfato pesado estavam do lado de fora da hélice
  • As bases que carregam o código genético estão dentro da hélice.

Em janeiro de 1953, com a partida eminente de Franklin, Maurice Wilkins tornou-se o conselheiro doutoral de Gosling. Gosling mostrou a foto 51 para Wilkins, que ficou surpreso com duas coisas: a nitidez da foto, e que ela já existia há oito meses e ninguém além de Franklin e Gosling a tinha visto antes.

Wilkins mostrou a foto 51 para James Watson. Na verdade, além de se maravilhar com a nitidez da imagem e notar como a imagem confirmou claramente a estrutura helicoidal do DNA, Watson pouco mais pôde fazer com ela.

A foto 51, no entanto, intensificou sua determinação urgente de voltar ao modelo, porque a estrutura helicoidal era tão óbvia.


O retorno de Crick e Watson

Também em janeiro de 1953, Lawrence Bragg tomou conhecimento de que Linus Pauling estava trabalhando na estrutura do DNA. Bragg tinha um rancor de longa data contra Pauling, e a perspectiva de Pauling ganhar a corrida do DNA era intolerável para ele.

Portanto, Bragg agora autorizava Crick e Watson a reiniciar seu trabalho de modelo de DNA, esperando que eles vencessem Pauling.

Em meados de fevereiro de 1953, Crick viu um relatório escrito dois meses antes por Franklin para o Conselho de Pesquisa Médica (MRC). O relatório não era confidencial e Crick também estava trabalhando em um laboratório financiado pela MRC.

O relatório de Franklin dizia que o grupo de cristal do DNA era monoclínico centrado na face. Instantaneamente, Crick sabia que isto significava que havia duas hélices combinadas correndo em direções opostas no DNA - uma díade.

Enquanto isso, Watson descobriu como as bases do DNA - os grupos químicos que carregam o código genético - se encaixavam perfeitamente dentro de uma dupla hélice.

Em 7 de março de 1953, Crick e Watson haviam decifrado o código de DNA.


A oportunidade perdida

Embora Franklin tenha fornecido dados essenciais para a descoberta da estrutura do DNA, ela mesma não os descobriu. Com o benefício da visão a posteriori, sabemos que havia duas peças vitais do quebra-cabeças que ela não encaixava.

Primeiro, com a ajuda de Dorothy Hodgkin, Franklin havia descoberto que o grupo espacial do DNA era monoclínico centrado na face. Ela não apreciava todas as implicações disto para a estrutura do DNA, embora seus cadernos de laboratório mostrem que ela estava batendo na porta.

Em segundo lugar, Franklin não conseguia ver como as bases se encaixariam na estrutura do DNA. Mais uma vez, seus cadernos de laboratório mostram que ela estava chegando perto.

Mais tarde, Franklin disse com pesar a seu amigo e colega Aaron Klug que ela havia perdido o significado do díade horizontal.

Ela tinha sido prejudicada por vários fatores:

  • Sua série de perfeccionismos, notada por seu supervisor quando ela era estudante de graduação. Franklin não estava disposta a experimentar modelos de DNA em escala antes de completar uma análise matemática completa de seus dados. Na época em que ela considerou usar um modelo, já era tarde demais. Linus Pauling, entretanto, já havia mostrado que a construção de modelos pode ser uma parte integrante do processo de descoberta.
  • Ela estava tentando chegar a um acordo com o DNA A, cujas fotos de raio X eram muito menos claras ao apontar para uma hélice do que as fotos do DNA B. Simpatizando com sua situação, Francis Crick escreveria mais tarde que estava feliz por não ter visto imagens de raio X do DNA A, porque eles o teriam preocupado.
  • Ela não fazia parte de uma equipe como a parceria Crick-Watson. Crick e Watson conversaram por horas e discutiram sem parar, sem animosidade, sobre o DNA. Entretanto, os argumentos dentro da atmosfera venenosa na King's eram geralmente destrutivos. Na verdade, não havia muitos argumentos - a não-comunicação era a norma, além das conversas entre Franklin e seu aluno Gosling.
  • A solução da estrutura do DNA exigia criatividade. É difícil ser cientificamente criativo quando se está se sentindo completamente miserável.

Os dados de Franklin e Gosling se mostraram essenciais para a descoberta de Crick e Watson. Muitos comentaristas acreditam que Franklin e possivelmente Gosling deveriam ter sido co-autores do famoso artigo da Watson-Crick.

Em vez disso, Randall e Bragg, os chefes dos laboratórios em Londres e Cambridge, concordaram que os pesquisadores escreveriam trabalhos separados.

Em 25 de abril de 1953, três trabalhos apareceram na Nature: um de Watson e Crick; um de Wilkins, Stokes & Wilson; e um de Franklin & Gosling. Na verdade, mesmo que os chefes de laboratório tivessem concordado em publicar artigos científicos separados, Watson e Crick ainda poderiam ter oferecido um reconhecimento muito mais completo do papel que os dados de Franklin tinham desempenhado em sua descoberta:

Franklin nunca percebeu o quanto a descoberta de Watson e Crick se devia aos seus dados.

Crick e Franklin se tornaram amigos; ela ia de férias com a família Crick, e visitava e ficava em casa deles.

Crick, Watson e Wilkins compartilharam o Prêmio Nobel de Medicina de 1962 pela descoberta da estrutura do DNA e pela forma como ele se replica. Rosalind Franklin morreu em 1958, e os Prêmios Nobel não são concedidos a título póstumo.


Vírus do Mosaico do Tabaco

Em março de 1953, Franklin mudou-se para a Birkbeck College para dirigir seu próprio grupo de pesquisa. Lá ela usou a difração de raios X para estudar a estrutura 3D do vírus do mosaico do tabaco e outros vírus de vegetais.

Ela recrutou Aaron Klug para sua equipe e, com seus alunos de doutorado, fez contribuições significativas neste campo, descobrindo que o vírus do mosaico do tabaco consiste em uma única molécula de RNA embutida em uma matriz helicoidal de moléculas proteicas.


Alguns detalhes pessoais e o fim

Franklin não se casou nem teve filhos. Seus amigos suspeitavam que ela se apaixonou por Jacques Mering, o diretor do laboratório de Paris no qual ela trabalhava.

Era o destino de Franklin morrer jovem. Em uma cruel reviravolta do destino, seu próprio DNA pode ter carregado o agente destruidor - os judeus Ashkenazi têm uma predisposição hereditária para o câncer de ovário.

Além disso, seu trabalho com raios X não era isento de riscos. Em Paris, Marie Curie tinha morrido devido aos efeitos da radiação. Sua filha, Prêmio Nobel, Irène Joliot-Curie sofreu o mesmo destino, assim como muitos outros primeiros pesquisadores franceses.

Desde a era Curie, os padrões de segurança tinham melhorado. A certa altura, Franklin havia sido barrada do laboratório de Paris por várias semanas porque seu crachá de monitoramento de radiação mostrava que ela havia sofrido exposição excessiva aos raios X. Os trabalhadores do King's College notaram que ela não usava o avental de chumbo a que estava destinada quando a máquina de raios X estava em uso lá. Nenhum deles se sentiu suficientemente confiante para desafiá-la sobre isso, e ela não foi a única trabalhadora a desprezar as regras de segurança.

Franklin foi incrivelmente corajosa durante os estágios finais de seu câncer. Incapaz de andar, ela literalmente subiu as escadas entre os laboratórios da Birkbeck, determinando que o câncer não iria parar seu trabalho. Sua dedicação deixou muitos de seus colegas de trabalho em lágrimas.

Rosalind Franklin morreu de câncer de ovário em Londres, em 16 de abril de 1958. Ela tinha apenas 37 anos de idade. Ela foi enterrada no terreno da família Franklin no Cemitério Judaico Unido em Willesden, Londres.

Sua família só percebeu sua verdadeira eminência como cientista quando leu seu brilhante obituário no Times.

Quando adolescente, ela havia doado sua bolsa de estudos universitária a um refugiado. No final de sua vida, ela continuou a ajudar os outros. Ela legou a seu colega de trabalho Aaron Klug £3.000. Esta era uma soma considerável: o preço médio de uma casa no Reino Unido era de cerca de £2.000. Ela sentiu que o dinheiro libertaria Klug das preocupações financeiras: Klug ganhou o Prêmio Nobel de Química de 1982. Dois de seus amigos com filhos pequenos para sustentar receberam £1.000 cada um.

Na vida Rosalind Franklin tinha deixado legados duradouros em cada parte da ciência em que tocava. Na morte, seus legados eram mais pessoais, mas ainda de longo alcance.

Por: Jonathan Pena Castro

Fontes:

Baseado em Famousscientists.org

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2 comentários:

  1. Nossa que incrível, quantas contribuições... e ela quase não é citada.

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    1. Verdade, ela é quase um nome desconhecido, ofuscada pelos nomes de Watson e Crick..

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