Wissenschaft in der DNA: Rosalind Franklin

Für die Wissenschaft bestimmt

Rosalinds frühe Ausbildung an privaten Vorbereitungsschulen und Internaten bereitet sie auf das Studium am Newnham College vor, einem der beiden Colleges für Frauen an der Cambridge University. Dort studiert sie Physikalische Chemie. Sie stellt hohe Anforderungen an ihre wissenschaftlichen Leistungen und lässt sich von den oft patriarchalen Herausforderungen ihrer Zeit weder entmutigen noch definieren. Während des Zweiten Weltkriegs setzt sie ihr Studium trotz deutscher Bombenangriffe, Versorgungsengpässen und der Lebensmittelrationierung fort. Ihre Familie drängt sie, Cambridge aus Sicherheitsgründen zu verlassen und sich dafür intensiver an kriegsunterstützender Arbeit zu beteiligen. Während sich die deutsche Wehrmacht weite Teile Europas untertan macht, verfolgt Franklin das Kriegsgeschehen aufmerksam, diskutiert die britische Außen- und Kriegspolitik in Briefen an ihre Familie und arbeitet im Rahmen des Women’s Voluntary Service for Civil Defence (WVS) als Luftschutzhelferin.

Ihre hervorragenden akademischen Leistungen bringen ihr ein vom Department of Scientific and Industrial Research finanziertes Forschungsstipendium für ein Graduiertenstudium ein. So kann sie auch während des Krieges an der Cambridge University bleiben.

Das Verhältnis zu ihrem Betreuer R. G. W. Norrish ist allerdings konfliktbehaftet. Als Franklin ihn auf einen grundlegenden Fehler bei einem von ihm konzipierten Forschungsprojekt aufmerksam macht, wertet er das als persönlichen Angriff. Franklin schreibt später, Norrish became most offensive [when] I stood up to him. Der Angesprochene erklärte später gegenüber seinem Biografen, er habe die von ihm identifizierte Ambition der jungen Wissenschaftlerin, raising the status of her sex to equality with men, nicht gutgeheißen.

1941 erwirbt Franklin ihren Bachelorabschluss. 1942, als infolge der britischen Kriegsanstrengungen immer mehr Frauen in Wissenschaft und Industrie tätig werden, nimmt sie eine Stelle bei der British Coal Utilisation Research Association an. Dort führt sie Experimente durch, um die Mikrostrukturen von Kohlenstoffen und Kohle zu verstehen – Arbeiten, die schließlich auch den alliierten Kriegsanstrengungen zugutekommen.

Ein Leben für die Forschung

1945, zu einer Zeit, als nur wenige Frauen als Chemikerinnen oder Forscherinnen tätig sind, promoviert Rosalind Franklin an der Cambridge University in Physikalischer Chemie. Ihre publizierte Dissertation trägt den Titel The Physical Chemistry of Solid Organic Colloids with Special Reference to Coal and Related Materials.

Nach dem Ende des Krieges in Europa widmet sie sich vier Jahre lang als Postdoc der Forschung am Laboratoire Central des Services Chimiques de l’Etat in Paris. Dort genießt sie große wissenschaftliche Freiheit. Sie erlernt und perfektioniert die Methode der Kristallographie, auch Röntgenbeugung genannt – ein Verfahren zur Bestimmung der atomaren Anordnung in Feststoffen und Kristallen. Ihre Arbeiten über die Struktur verschiedener Kohlenstoffformen schaffen Grundlagen für neue industrielle Anwendungen von Kohlenstoff und tragen zur Entwicklung moderner hitzebeständiger Materialien bei.

Mit 30 Jahren gilt Franklin international als Autorität auf dem Gebiet der Kohlenstoffforschung und veröffentlicht zahlreiche Arbeiten in Fachzeitschriften. 1950 wird ihr das dreijährige Turner & Newall-Forschungsstipendium am King’s College London zugesprochen, um Veränderungen in Proteinlösungen zu untersuchen. Franklin begrüßt den Wechsel von der physikalischen zur biologischen Chemie. Noch bevor sie ihre Arbeit beginnen kann, ändert sich aber ihr Forschungsauftrag.

Nachdem das King’s College ein speziell präpariertes Nukleingel erworben hat, wird Franklin angewiesen, ihre Expertise in der Röntgenbeugung auf die Untersuchung der Struktur der DNA anzuwenden. Ihre innovative Nutzung dieser Technik erweist sich bald als entscheidend für das Verständnis der helikalen Struktur des DNA-Moleküls.

Während ihrer ersten acht Monate am King’s College arbeitet sie eng mit dem Doktoranden Raymond Gosling zusammen. Gemeinsam entwerfen und bauen sie eine neigbare Mikrokamera und optimieren die Bedingungen, die notwendig sind, um ein präzises Beugungsbild der DNA zu erhalten. Im Mai 1952 hängt Rosalind Franklin mithilfe dieser speziellen Kamera eine winzige DNA-Faser auf und bestrahlt sie über 100 Stunden hinweg mit einem Röntgenstrahl unter genau kontrollierter Luftfeuchtigkeit. Die Strahlen werden von den Elektronen der Atome in der Faser gebeugt und erzeugen ein charakteristisches Muster auf einer Fotoplatte. Franklin analysiert dieses Muster mithilfe mathematischer Berechnungen, um daraus die Struktur der DNA abzuleiten.

Noch nie zuvor wurde die Röntgenkristallographie so präzise und wirkungsvoll eingesetzt. Im April 1953 veröffentlicht Franklin das 51. Foto dieser Forschungsreihe – die berühmte Aufnahme der B-Form der DNA – in derselben Ausgabe der Zeitschrift Nature, in der die Cambridge-Wissenschaftler James Watson und Francis Crick ihr Modell der DNA-Doppelhelix vorstellen. Franklins Daten bestätigen dieses Modell. Es bleibt aber unklar, ob ihr bewusst ist, dass ihre unveröffentlichten Forschungsergebnisse zu seiner Entwicklung beigetragen haben.

Schwierigkeiten am King’s College

Während ihrer Arbeit am King’s College sieht sich Rosalind Franklin mit einem wenig kollegialen, mitunter feindseligen Umfeld konfrontiert, in dem neben dem zeitgenössischen Sexismus möglicherweise auch Antisemitismus zu den grundlegenden Faktoren zählt. Ihre Arbeit wird unterschätzt. Franklin sieht sich von Beginn an mit Hindernissen in der Zusammenarbeit und Kommunikation mit der männlichen Kollegenschaft konfrontiert.

Zu ihrem Wechsel an das King’s College kommt es aufgrund von missverständlicher Kommunikation von Professor J. T. Randall, dem Leiter des Biophysik-Departments. Randall weist Franklin die Gesamtverantwortung für die Untersuchungen zur Röntgendiffraktion in Zusammenhang mit DNA zu. Der Biophysiker Maurice Wilkins hatte bereits DNA-Fasern mikroskopisch untersucht und erste Experimente Röntgenbeugungsexperimente durchgeführt. Er war es auch, der Randall empfohlen hatte, Franklin wegen ihrer hervorragenden Postdoktorandenarbeit einzustellen. Wilkins geht davon aus, Franklins Arbeit als Supervisor zu begleiten, während sie selbst aber annimmt, dass die DNA-Forschung exklusiv in ihrem Verantwortungsbereich liegt.

Nicht zuletzt wegen dieses Missverständnisses verschlechtern sich die Beziehungen zwischen Franklin und Wilkins. Darüber hinaus tragen auch ihre unterschiedlichen Persönlichkeiten und schließlich Wilkins’ zunehmende Zusammenarbeit mit James Watson und Francis Crick am konkurrierenden Cavendish Laboratory nicht zu einer Verbesserung des persönlichen Klimas zwischen den beiden Forschenden bei. Anfang 1953 zeigt Raymond Gosling Foto 51 Wilkins, der es anschließend Watson vorstellt. Dieser erkennt sofort, dass das Bild eine helikale Struktur zeigt, die für die Replikation der DNA entscheidend sein könnte. Später schreibt er in seinem Buch The Double Helix: The instant I saw the picture my mouth fell open and my pulse began to race.

Foto 51

Foto 51 entsteht im Mai 1952 im Zuge von Rosalind Franklins Röntgenbeugungsexperiment. Die hellen, rautenförmigen Muster oberhalb, unterhalb und seitlich des dunklen X deuten auf das charakteristische Beugungsmuster einer Doppelhelix hin. Das Muster liefert eine Fülle struktureller Informationen, die für den Bau eines DNA-Modells notwendig sind. Die tatsächliche Struktur des Moleküls ähnelt einer spiralförmigen Treppe mit zwei äußeren Strängen – den Zucker-Phosphat-Rückgraten – und Stufen aus vier Basenpaaren: Adenin mit Thymin sowie Guanin mit Cytosin.

Franklins DNA-Forschung entsteht in einer Zeit neuer Dynamik in der biologischen Wissenschaft nach dem Zweiten Weltkrieg. Die Entdeckung der Alpha-Helix als Proteinstruktur im Jahr 1951 durch den amerikanischen Wissenschaftler Linus Pauling verstärkt zusätzlich das internationale Interesse an der Struktur der DNA. Forschungsteams in den Vereinigten Staaten und im Vereinigten Königreich konkurrieren miteinander und bauen zugleich auf den Fortschritten anderer auf. Sie entwickeln Modelle und nutzen Methoden wie die Röntgenkristallographie, um die Struktur der DNA zu verstehen. Noch ahnen sie nicht, dass gerade diese Struktur den Schlüssel zum Verständnis der Weitergabe genetischer Information von einer Generation zur nächsten liefert.

Franklin verfeinert die experimentellen Bedingungen, die für ein präzises Beugungsbild der DNA notwendig sind. Durch Kontrolle des Wassergehalts der DNA-Faser erkennt sie, dass DNA in zwei Formen existiert – A und B. Foto 51 zeigt die B-Form der DNA.

Virusforschung

Anfang 1953 verlässt Rosalind Franklin das King’s College auf Einladung ihres Freundes und Mentors J. D. Bernal, dem Leiter des Biomolecular Research Laboratory am Birkbeck College.

Birkbeck, ebenfalls Teil der University of London, ist für sein egalitäres akademisches Klima bekannt. Rosalind Franklin hat bereits zuvor mit Bernal zusammengearbeitet, der als einer der führenden Kristallographen seiner Zeit gilt.

Public Domain/Wikimedia

Eine Woche bevor Foto 51 in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wird, schickt J. T. Randall Franklin einen Brief, in dem er sie auffordert, ihre Arbeit an der DNA einzustellen. Zu diesem Zeitpunkt richtet Franklin ihre Aufmerksamkeit jedoch bereits auf ein neues Forschungsfeld: die Struktur von Pflanzenviren. Sie leitet später ein Team, das die Struktur des Tabakmosaikvirus entschlüsselt.

Mitte der 1950er-Jahre gehört sie zu den führenden Fachleuten ihres Gebiets und ist eine gefragte Rednerin auf wissenschaftlichen Konferenzen in Europa und den Vereinigten Staaten. Häufig ist sie die einzige Frau unter den Vortragenden. Trotz ihres wachsenden wissenschaftlichen Ansehens und zahlreicher Veröffentlichungen muss sie weiterhin um professionellen Status und angemessene Bezahlung kämpfen. Franklins berufliche Sicherheit ist begrenzt und sie hat Schwierigkeiten, ausreichende finanzielle Mittel und eine adäquate Ausstattung für ihre Forschung zu erhalten. Nachdem ihr Stipendium ausläuft, erhält sie vom Agricultural Research Council einen dreijährigen Vertrag für Virusforschung. Dieser geht jedoch mit einer Kürzung ihrer Bezüge einher, außerdem wird ihr ohne Begründung der Rang einer leitenden wissenschaftlichen Mitarbeiterin verweigert.

Solchen Rückschlägen zum Trotz setzt sich Rosalind Franklin entschlossen für ihre Arbeit und ihr Team ein. In einem Brief an ihren Vorgesetzten beim Agricultural Research Council schreibt sie, dass die Arbeit ihrer Gruppe am Birkbeck College eine der grundlegendsten Fragen biologischer Prozesse betreffe: das Verhältnis zwischen Protein und Nukleinsäure in der lebenden Zelle. Sie formuliert, dass es sich dabei um probably the most fundamental of all questions concerning the mechanisms of living processes [handelt], namely the relationship between protein and nucleic acid in the living cell ... Moreover, in no other laboratory, either in this country or elsewhere, is any comparable work on virus structure being undertaken.

Franklin arbeitet erfolgreich mit vielen anderen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zusammen, insbesondere in der Kohlenstoff- und Virusforschung. Am Birkbeck College kooperiert sie unter anderem mit dem Physiker, Chemiker und Kristallographen Aaron Klug. Sie unternimmt außerdem zwei längere Reisen in die Vereinigten Staaten, besucht dort mehrere Forschungslabore, tauscht wissenschaftliche Erkenntnisse aus und erhält von den US-amerikanischen National Institutes of Health finanzielle Unterstützung für ihre Virusforschung.

Früher Tod und Vermächtnis Rosalind Franklins

Mitte 1956 vermutet Franklin während einer Dienstreise in die USA gesundheitliche Probleme. In New York fällt ihr auf, dass ihr Rock nicht mehr passt und ihr Bauch geschwollen ist. Zurück in London sucht sie eine Ärztin auf, die eine dringende Untersuchung veranlasst. Am 4. September werden bei einer Operation zwei Ovarialkarzinome entdeckt. Danach erholt sie sich zeitweise bei Freunden und Familie, die sie emotional unterstützen. Bei ihren Eltern lebt sie nicht, da sie die unkontrolliert trauernde Reaktion ihrer Mutter stark belastet.

Trotz Krebsbehandlung arbeitet Franklin weiter und veröffentlicht mit ihrer Gruppe zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten. Ende 1957 verschlechtert sich ihr Zustand erneut, und sie kommt ins Krankenhaus. Anfang Dezember verfasst sie schließlich ihr Testament und berücksichtigt darin Kollegen, Freunde und wohltätige Zwecke.

Im Januar 1958 kehrt sie zur Arbeit zurück, erkrankt jedoch Ende März erneut schwer. Am 16. April 1958 stirbt sie im Alter von 37 Jahren in London an den Folgen ihrer Erkrankung. Als mögliche Ursache gilt unter anderem ihre frühere Strahlenexposition. Rosalind Franklin wird am 17. April im Familiengrab am Willesden United Synagogue Cemetery im Londoner Stadtteil Brent beigesetzt.

In einem Nachruf würdigt J. D. Bernal ihre single-minded devotion to scientific research. Ihre Karriere sei, so schreibt er, distinguished by extreme clarity and perfection in everything she undertook. Bernal betont zudem ihre ingenious experimental and mathematical techniques of X-ray analysis, mittels derer es ihr gelungen war, das Geheimnis der Weitergabe des Lebens von Zelle zu Zelle und von Generation zu Generation nahezu allein zu entschlüsseln.

Vier Jahre nach ihrem Tod nehmen James Watson und Francis Crick gemeinsam mit Maurice Wilkins den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin des Jahres 1962 für die Entdeckung und Beschreibung der DNA-Struktur entgegen. Rosalind Franklins entscheidende Beiträge und ihre sorgfältige Datenanalyse werden dabei weitgehend nicht gewürdigt.

Das Vermächtnis von Rosalind Franklin lebt in ihrer wissenschaftlichen Arbeit fort. Sie setzte sich selbst und anderen hohe Maßstäbe und folgte unbeirrbar ihrem wissenschaftlichen Erkenntnisinteresse – unbeschadet der vielen Hindernisse, denen sie Zeit ihrer Karriere begegnete. Die nächste Entdeckung war für Rosalind Franklin stets nur um die nächste Ecke, ganz im Sinne ihrer tiefen Überzeugung: Science and everyday life cannot and should not be separated.