متولد 25 فوریه 1998 (لونگتون، استوک-آن-ترنت، بریتانیا) – درگذشت 4 ژوئن 1961 برای مطالعه کامل مقاله با مجله علمی آندرومدامگ همراه باشید.
گرچه ویلیام آستبوری یک فیزیکدان بود، اما اشتیاق واقعی او زیست شناسی بود. او یکی از اولین دانشمندانی بود که علم جدید “زیست شناسی مولکولی” را که هدف آن درک پیچیدگی سیستم های زنده با مطالعه ساختار سه بعدی مولکول هایی است که از آنها ساخته شده بودند، رایج کرد. با شروع کار اولیه بر روی الیاف پشم برای صنایع نساجی یورکشایر غربی، آستبوری در استفاده از اشعه ایکس برای حل شکل مولکول های بیولوژیکی غول پیکر مانند پروتئین ها پیشگام بود و با دستیار تحقیقاتی خود فلورانس بل، اولین تلاش را برای حل این مشکل انجام داد. ساختار DNA، مولکول ژنتیکی در این خصوص بررسی گردید.
خانواده
ویلیام آستبوری در 25 فوریه 1898 در شهر بازاری لانگتون، در ناحیه استوک-آن-ترنت، منطقه ای مشهور به دلیل صنعت سرامیک خود، و به گفته یکی دیگر از ساکنان، رمان نویس آرنولد بنت، به دنیا آمد. او یکی از هفت فرزندی بود که از ویلیام ادوین که به عنوان مبل‌ساز و سفال‌گر کار می‌کرد و کلارا دین متولد شد. او از سنین پایین استعداد تحصیلی بسیار بالایی داشت.
تحصیلات
آستبوری در سال 1917 به دانشگاه کمبریج رفت، اما تنها پس از دو دوره برای خدمت سربازی در جنگ جهانی اول فراخوانده شد. پس از برداشتن آپاندیس چند سال قبل، او برای جنگ نامناسب تشخیص داده شد و به کورک در ایرلند فرستاده شد، جایی که در سپاه پزشکی ارتش سلطنتی (RAMC) به عنوان سرجوخه مسئول یک واحد پزشکی اشعه ایکس خدمت کرد.
اگرچه قرار بود اشعه ایکس پایه ای باشد که آستبوری موفقیت علمی بعدی خود را بر اساس آن بنا کرد، اولین برخورد او با آن ها خوب پیش نرفت. در بخش بعدی او از گفتن اینکه چگونه افتخار نظامی مشکوک روبرو شدن با یک دادگاه نظامی را در دو موقعیت جداگانه به خاطر حوادث ناگوار مربوط به اشعه ایکس به دست آورده بود، لذت می برد، که یکی از آنها شامل تعمیرات بداهه دستگاه اشعه ایکس اولیه با مقداری سیم و یک دستگاه بود. قوطی حلبی که افسران ارشد او را تحت تأثیر قرار نداد.
پس از جنگ، آستبوری به کمبریج بازگشت و پس از اتمام تحصیلات خود، به لندن رفت تا با فیزیکدان سر ویلیام براگ کار کند. در سال 1913، در حالی که براگ و پسرش لارنس، استاد فیزیک دانشگاه لیدز، کاوندیش، راهی برای استفاده از پراکندگی پرتوهای ایکس برای تعیین آرایش اتم‌ها و مولکول‌ها در کریستال‌ها کشف کردند. این روش که به عنوان کریستالوگرافی اشعه ایکس شناخته می شود، درک ما از ماده را تغییر داد و براگز جایزه نوبل فیزیک را در سال 1915 به ارمغان آورد.
براگ ها با استفاده از روش خود توانسته بودند آرایش اتم ها را در مواد معدنی ساده مانند الماس و سنگ نمک تعیین کنند، اما اکنون ویلیامز براگ هدف خود را بالاتر برده بود. او می‌خواست بداند آیا کریستالوگرافی اشعه ایکس می‌تواند ساختار مواد موجود در سیستم‌های زنده مانند الیافی که مو، ناخن و پشم را تشکیل می‌دهند را آشکار کند. در حالی که این یک سوال علمی جالب بود، اما از اهمیت عملی و اقتصادی زیادی نیز برخوردار بود. پشم یک ماده خام عمده برای صنعت نساجی بود و در آن زمان این احساس قوی وجود داشت که اگر قرار بود بریتانیا توسط رقبای اقتصادی مانند آلمان پیشی نگیرد، نیاز به کاربرد بیشتر علوم پایه در صنعت وجود دارد.
براگ به آستبوری وظیفه استفاده از کریستالوگرافی اشعه ایکس را برای مطالعه ساختار مولکولی الیاف پشم داد و در سال 1928 او را تشویق کرد تا لندن را ترک کند و به سمت شمال به لیدز برود تا پست جدید ایجاد شده در فیزیک نساجی را انتخاب کند. به‌عنوان یکی از مراکز اصلی صنعت نساجی، لیدز مکانی ایده‌آل برای انجام این تحقیق در مورد الیاف پشم به نظر می‌رسید، اما آستبوری با اشتیاق مربی خود برای حرکت به شمال موافق نبود. او در نامه ای به دوست و همکار پیشگام کریستالوگراف اشعه ایکس، جان دزموند برنال، نوشت که فکر خروج از لندن این احساس را در او ایجاد کرد که گویی در حال رفتن به «بیابان» است .
دستاوردها
با این حال، ناراحتی آستبوری در مورد انتقال به لیدز به شدت نادرست بود. زیرا اگرچه ممکن بود مطالعه الیاف پشم برای دانشمند جوانی که تازه شروع به کار خود کرده بود هیجان انگیزترین موضوع به نظر نمی رسید، آستبوری را قادر ساخت تا یک سوال اساسی در مورد ماهیت سیستم های زنده که دانشمندان را گیج کرده بود روشن کند البته این امر زمانی طولانی را نیزد ر بر گرفت. این امر بر ماهیت شیمیایی دقیق پروتئین ها متمرکز بود، که در حالی که برای مدت طولانی برای انجام طیف وسیعی از عملکردهای ضروری در موجودات زنده شناخته شده بود، مانند عمل به عنوان آنزیم برای کاتالیز واکنش های متابولیک، همچنان یک راز باقی مانده بود. اندازه گیری وزن مولکولی پروتئین ها نشان داده بود که آنها ساختارهای مولکولی عظیمی هستند. با این حال، آنها همچنین از مواد شیمیایی کوچکی به نام اسیدهای آمینه تشکیل شده اند. اینکه چگونه این ترکیبات کوچک می توانند ساختارهای مولکولی غول پیکر را تشکیل دهند، نامشخص بود. مطالعات اشعه ایکس آستبوری روی پشم، همراه با کارهای مشابهی که بر روی الیاف ابریشم در آلمان انجام شد، برای کمک به ارائه پاسخ طراحی شد.
آستبوری با استفاده از یک دوربین خانگی اشعه ایکس (اگرچه کلمه “دوربین” کمی پیچیده به نظر می رسد – در واقع یک جعبه سربی بود) آستبوری نشان داد که آمینو اسیدهای موجود در کراتین، جزء پروتئینی اصلی الیاف پشم، به هم مرتبط هستند. برای تشکیل زنجیره های بلند به نام پلی پپتید که او آنها را به یک “صدپا مولکولی” تشبیه کرد. علاوه بر این، این زنجیره ها می توانند شکل منبسط یا منقبض به خود بگیرند. این موضوع خاصیت ارتجاعی پشم را توضیح می‌دهد که آن را به عنوان ماده خام برای صنعت نساجی بسیار جذاب می‌کند یا به قول دانشمند لیندو پترسون شاعرانه‌تر:
اسیدهای آمینه در زنجیره،
علت هستند یا این که اشعه ایکس توضیح می دهد،
از کشش پشم،
و قدرت آن هنگام کشیدن،
و نشان دهید که چرا هنگام بارندگی کوچک می شود (4).
این ایده که ویژگی‌های ماکروسکوپی سیستم‌های زنده را می‌توان برحسب ساختارهای مولکولی و چگونگی تغییر شکل آنها توضیح داد، هسته‌ی یک علم کاملاً جدید را تشکیل داد که آستبوری آن را به عنوان «زیست‌شناسی مولکولی» رایج کرد و این گونه تعریف کرد: «به ویژه به اشکال مربوط می‌شود. از مولکول های بیولوژیکی…زیست شناسی مولکولی عمدتاً سه بعدی و ساختاری است.'(5)
آستبوری از طریق کار خود بر روی ساختار مولکول های پروتئین در پشم به زودی به چنان مقام بین المللی در کاربرد کریستالوگرافی اشعه ایکس در الیاف بیولوژیکی تبدیل شد که گفته می شود ماکس پروتز برنده جایزه نوبل زمانی از آزمایشگاه خود در لیدز به عنوان چیزی کمتر از آن یاد کرد.. آستبوری کار خود را به پشم محدود نکرد، بلکه تور خود را پهن کرد و طیف وسیعی از الیاف بیولوژیکی مختلف از جمله پروتئین‌های میوزین در ماهیچه، کراتین در موی انسان و ساختارهای شلاق مانندی که باکتری‌ها از آن برای به حرکت درآوردن خود استفاده می‌کنند را مطالعه کرد.
از بین تمام فیبرهای پروتئینی که آستبوری مطالعه کرد، شاید غیرمعمول ترین آنها یک تار مو از سر ولفگانگ آمادئوس موتزارت بود که یکی از آهنگسازان مورد علاقه او بود (12،13). (شکل 2) در کنار زیست شناسی مولکولی، موسیقی کلاسیک یکی دیگر از اشتیاق بزرگ آستبوری بود و همچنین استعاره چشمگیری را برای او به ارمغان آورد که مولکول های فیبری را «ابزار منتخب طبیعت در سمفونی خلقت» توصیف کرد (14).
اگرچه ممکن است آستبوری در انتخاب مواد برای قرار گرفتن در معرض کریستالوگرافی اشعه ایکس نسبتاً التقاطی به نظر می رسد، در هر مورد او معتقد بود که خواص بیولوژیکی مربوطه را می توان با تغییر در شکل الیاف پروتئین توضیح داد. او کار خود را با اشتیاق به مخاطبان علمی و غیر روحانی منتقل کرد، از جمله به آرایشگران توضیح داد که چگونه موها را می توان به لطف تغییر عمدی شکل الیاف کراتین، «پرده» کرد (7،8،9). بر اساس مشاهدات خود از شباهت‌های ساختاری در پروتئین کراتین موجود در پرها و فلس‌ها، آستبوری حتی پیشنهاد کرد که شواهدی برای ارتباط تکاملی بین پرندگان و خزندگان (ایده‌ای که ابتدا به دانشمند ویکتوریایی T.H. Huxley نسبت داده شد) را می‌توان در سطح مولکولی یافت. 10،11).
اما پروتئین ها تنها فیبر بیولوژیکی نبودند که توجه آستبوری را به خود جلب کرد. در سال 1938، دستیار تحقیقاتی او فلورانس بل اولین تصاویر اشعه ایکس از DNA را گرفت، ماده ژنتیکی که او و آستبوری از آن ساختار اولیه مولکول را پیشنهاد کردند. در آن زمان، اکثر دانشمندان بر این باور بودند که پروتئین‌ها حامل مواد ژنتیکی هستند و DNA چیزی بیش از یک داربست ساختاری نیست، اما آستبوری و بل از معدود افرادی بودند که فکر می‌کردند DNA ممکن است کاری بسیار مهم‌تر را انجام دهد. آستبوری یکی از اولین دانشمندانی بود که اهمیت آزمایشی را که در سال 1944 توسط میکروبیولوژیست آمریکایی اسوالد اوری انجام شد و یکی از کتاب‌های درسی آن را «بمب اوری» (15) نامید و جاشوا لدربرگ برنده جایزه نوبل آن را با روز D مقایسه کرد، تشخیص داد. فرودهای همان سال به دلیل تأثیر آن بر تاریخ (16). اوری و تیمش در بیمارستان راکفلر در نیویورک نشان داده بودند که DNA می تواند توانایی ایجاد بیماری در باکتری ها را منتقل کند. این اولین مدرک قوی بود مبنی بر اینکه DNA ممکن است حامل اطلاعات ژنتیکی باشد و آستبوری از آن به عنوان “یکی از قابل توجه ترین اکتشافات زمان ما” استقبال کرد (17).
در ژانویه 1945، آستبوری به اوری نامه نوشت و به او گفت که از کشف خود “هیجان زده” شده است و از او خواست که نمونه ای از DNA برای او ارسال شود تا بتواند آن را تحت آنالیز اشعه ایکس قرار دهد. حتی اگر اوری هرگز پاسخی نداد، آستبوری اکنون با این رویا الهام گرفت که پس از جنگ جهانی دوم، دپارتمان جدیدی را در لیدز تأسیس کند که به مرکز ملی برای روشن کردن مسیر زیست‌شناسی مولکولی تبدیل شود. متأسفانه همه دیدگاه او را به اشتراک نمی گذاشتند. شورای تحقیقات پزشکی درخواست او را برای دریافت بودجه رد کرد و اگرچه دانشگاه لیدز محل دپارتمان جدیدش را به او داد، اما با آن چیزی که او انتظار داشت فاصله زیادی داشت. واحد تحقیقاتی جدید او در یک خانه تراس دار ویکتوریایی مستقر بود که مستعد سیل بود، از منبع برق نامطمئن رنج می برد و دارای طبقات ناهموار بود که باعث می شد ابزارهای علمی ظریف تکان بخورند.
در این شرایط نامطلوب کاری بود که دو تحول بسیار مهم رخ داد. یکی از اینها توسط لازلو لوراند، دانشجوی جوان پزشکی که در ژانویه 1949 به لیدز رسیده بود و تنها یک چمدان در کنار خود داشت و از دست مقامات کمونیستی در زادگاهش مجارستان فرار کرده بود، ساخته شد. لوراند در طول تحقیقات دکترای خود دریافت که ترومبین پروتئین خون به عنوان آنزیمی برای تبدیل پروتئین محلول فیبرینوژن به فیبرین، جزء اصلی لخته های خون، عمل می کند. کشف لوراند نقطه عطفی در درک مکانیسم مولکولی تشکیل لخته خون بود و از آن زمان در توسعه داروهای ضد انعقاد بسیار مهم بوده است.
عکس دیگر یک عکس پرتو ایکس جدید از DNA بود که در سال 1951 توسط دستیار تحقیقاتی آستبوری، الوین بیتون، گرفته شد و الگوی چشمگیر یک صلیب سیاه شفاف را نشان داد که توسط پرتوهای ایکس پراش شده ایجاد شده بود. یک سال بعد، یک تصویر تقریباً یکسان توسط کریستالوگرافیان روزالیند فرانکلین و ری گاسلینگ که در کینگز کالج لندن کار می کردند، گرفته شد، و زمانی که عکس جیمز واتسون برای اولین بار نشان داده شد، پاسخ او چشمگیر بود: “آن لحظه من تصویر را دیدم که دهانم باز شد و نبضم شروع به تپش کرد.» (18) هیجان واتسون به وجود آمد زیرا او می دانست که فقط یک مولکول که به شکل مارپیچ پیچیده شده است، اشعه ایکس را پراکنده می کند تا الگوی متمایز شکل متمایز را ایجاد کند. . این عکس که با نام «عکس ۵۱» شناخته می‌شود، یکی از چندین سرنخ را به واتسون و کریک داد که برای حل ساختار دی‌ان‌ای حیاتی بودند و از آن زمان به عنوان یک نمایشنامه بزرگ وست اند که در آن نیکول کیدمن برنده جایزه شد، مشهور شد. تصویر او از فرانکلین
پاسخ آستبوری به عکس بیتون در تضاد شدید با واتسون است. آستبوری به دور از کاهش فک و ضربان قلبش، عکس بیتون را بایگانی کرد: این عکس هرگز در یک مقاله منتشر نشد و یا حتی در یک جلسه ارائه نشد. این ممکن است به نظر یک نادیده گرفتن با ابعاد خیره کننده باشد – اما ما باید مراقب قضاوت با بهره مندی از آینده نگری باشیم. برای آستبوری، زیست شناسی مولکولی همیشه در مورد ساختار سه بعدی بود – و DNA نیز از این قاعده مستثنی نبود. از نامه ای به بیوشیمیدان اروین چارگاف (19)، به نظر می رسد آستبوری معتقد بود که راز چگونگی انتقال اطلاعات ژنتیکی DNA از طریق تنوع در ساختار سه بعدی آن است. بنابراین، به دور از افتادن فک و ضربان قلبش، آشکار شدن عکس بیتون مبنی بر اینکه DNA یک مارپیچ یکنواخت و تکراری است، برای او ناامیدکننده بود. ایده‌های آستبوری در مورد DNA و پاسخ ظاهراً گیج‌کننده‌اش به عکس بیتون در کتاب مردی با کت میمون‌نوت بیشتر مورد بررسی قرار گرفته است، زیرا احتمال وسوسه‌انگیز است که اگر آستبوری این عکس را به دوست و همکارش شیمیدان آمریکایی لینوس پاولینگ در جریان بازدید از لیدز در سال 1952، داستان کشف ساختار DNA ممکن است بسیار متفاوت باشد.
اما اگرچه ممکن است وسوسه انگیز باشد که آستبوری را به عنوان یک پاورقی صرف در داستان DNA رد کنیم، باید در نظر گرفت که بزرگترین مشارکت علمی او ممکن است یک روکش غیر معمول بوده باشد. آستبوری با همکاری همکاران در کالج امپریال لندن نشان داده بود که می توان با عملیات شیمیایی، زنجیره های پلی پپتیدی پروتئین های محلول دانه را به الیاف نامحلول باز کرد. امید این بود که از این فرآیند برای تولید یک جایگزین ارزان و فراوان برای پشم به عنوان ماده اولیه صنعت نساجی استفاده شود و شرکت Imperial Chemical Industries (ICI) آنقدر به این ایده علاقه داشت که یک کارخانه آزمایشی در Ardeer احداث کرد.
در حالی که «اردیل» نجات صنعت نساجی بریتانیا نبود، اما نمونه‌ای قوی از اعتقاد آستبوری بود که نه تنها می‌توانیم ساختارهای بیولوژیکی را در سطح مولکولی مشاهده کنیم، بلکه ممکن است فراتر برویم و آنها را برای خود دستکاری کنیم. به پایان می رسد. او در یک سری از برنامه های رادیویی بی بی سی به نام “علم همه چیز را آشکار می سازد” که در سال 1942 ارائه شد، پیش بینی کرد که این ایده روزی باعث ایجاد کل صنایع خواهد شد. درست کمتر از 40 سال بعد، در سال 1980، زمانی که شرکت بیوتکنولوژی ایالات متحده Genentech اولین حضور تماشایی خود را در وال استریت انجام داد، چشم انداز آستبوری به واقعیت تبدیل شد. متأسفانه آستبوری که در سال 1961 بر اثر یک بیماری قلبی عروقی مداوم درگذشت، آنقدر زنده نماند که پیش بینی خود را محقق کند. دوست و همکارش، کریستالوگراف جان دزموند برنال، در آگهی ترحیمی نوشت: «یادبود او در کل زیست شناسی مولکولی یافت می شود، موضوعی که او آن را نام برد و به طور مؤثر آن را پایه گذاری کرد» (20). به این نیز می توان اضافه کرد که او پیامبر بیوتکنولوژی بود.