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James Watson et Francis Crick sont deux des scientifiques les plus renommés du XXe siècle. L'article fondateur du duo de l'Université de Cambridge, au Royaume-Uni, détaillant la découverte de la double hélice d'ADN, a été publié dans Nature cette semaine dans le cadre d'un groupe de trois articles d’ il y a 70 ans ^(1-3). On pense en général qu'ils n'ont compris la structure qu'après avoir volé des données à Rosalind Franklin, une physico-chimiste travaillant au King's College de Londres.

La tradition veut que l’idée décisive en faveur de la double hélice soit venue lorsque Watson a vu une image radiographique de l'ADN prise par Franklin - sans sa permission ni sans qu’elle en ait connaissance. Connue sous le nom de Photographie 51, cette image est traitée comme la pierre philosophale de la biologie moléculaire, la clé du « secret de la vie » (sans parler d'un prix Nobel). Dans ce récit, Franklin, décédée d'un cancer de l'ovaire en 1958 à seulement 37 ans, est décrite comme une brillante scientifique, mais qui a finalement été incapable de déchiffrer ce que ses propres données lui disaient sur l'ADN. Elle est censée s'être assise sur l'image pendant des mois sans se rendre compte de sa signification, avant seulement que Watson la comprenne au premier coup d'œil.

Cette version des événements est entrée dans la culture populaire. C'est le sujet de Photograph 51, une pièce d'Anna Ziegler qui mettait en vedette Nicole Kidman sur la scène londonienne en 2015. L'image orne une pièce de monnaie britannique de 50 pence qui a marqué le centenaire de la naissance de Franklin, en 2020. Toute l'affaire a alimenté des blagues méprisantes sur Twitter ("Qu'est-ce que Watson et Crick ont découvert en 1953 ? Les données de Franklin") et même un merveilleux rap bataille par des élèves de septième année à Oakland, en Californie.
Mais ce n'est pas ce qui s'est passé.

L'un de nous (NC) écrit une biographie de Watson, l'autre (MC) écrit celle de Crick. En 2022, nous avons visité les archives de Franklin au Churchill College de Cambridge, au Royaume-Uni, et avons parcouru ses notes ensemble, reconstruisant le développement de ses idées. Nous avons également trouvé un projet d'article de presse de 1953, jusqu'alors non étudié, écrit en consultation avec Franklin et destiné à Time, un magazine américain de portée internationale - ainsi qu'une lettre ignorée d'un des collègues de Franklin à Crick. Ensemble, ces documents suggèrent un récit différent de la découverte de la double hélice. Franklin n'a pas manqué de comprendre la structure de l'ADN. Elle a également contribué à sa résolution.

Il est crucial de bien comprendre l'histoire de Franklin, car elle est devenue un modèle pour les femmes qui se lancent dans la science. Elle était confrontée non seulement au sexisme routinier de l'époque, mais aussi à des formes plus subtiles ancrées dans la science - dont certaines sont encore présentes aujourd’hui.

Franklin et l'ADN

Au début des années 1950, la structure et la fonction de l'ADN restaient floues. Il avait été trouvé dans tous les types de cellules étudiés et était connu pour consister en un squelette phosphate auquel étaient attachés quatre types de bases - l'adénine, la thymine, la cytosine et la guanine (A, T, C et G).

En 1944, le microbiologiste Oswald Avery et ses collègues avaient montré que l'ADN (et non la protéine) pouvait transformer la bactérie bénigne Streptococcus pneumoniae en une forme virulente ⁽⁴⁾. Mais il était encore loin d'être clair qu'il s'agissait du matériel génétique de tous les organismes.

Au King's College de Londres, des biophysiciens financés par le Medical Research Council (MRC) et dirigés par John Randall, avec Maurice Wilkins comme adjoint (qui partagera plus tard le prix Nobel avec Watson et Crick en 1962), utilisaient la diffraction des rayons X pour étudier la structure de la molécule. En 1951, ils ont été rejoints par Franklin, qui avait utilisé cette technique pour étudier la structure du charbon au Laboratoire central d'État des services chimiques à Paris.

Comme on le sait, Franklin et Wilkins se sont affrontés, à la fois dans leur personnalité et leur approche scientifique. Bien que Franklin appréciait une bonne critique et était déterminée à faire des progrès, Wilkins abhorrait la confrontation et était plus lent à agir. Pour apaiser les tensions, Randall a divisé le travail sur l'ADN. Dans ce que Wilkins a appelé plus tard une mauvaise affaire pour lui-même, il a accepté de remettre à Franklin la petite quantité d'ADN très pur qu'il avait obtenue du chimiste suisse Rudolf Signer. Wilkins était coincé avec des trucs de moins bonne qualité du biochimiste autrichien Erwin Chargaff, à l'Université de Columbia à New York.

Avec l'ADN de Signer, Franklin a pu exploiter une découverte que Wilkins avait faite plus tôt - l'ADN en solution pouvait prendre deux formes, ce qu'elle appelait la forme cristalline ou A, et la forme paracristalline ou B. Franklin a découvert qu'elle pouvait convertir A en B simplement en augmentant l'humidité relative dans le récipient de l’échantillon; l'abaisser à nouveau a restauré la forme cristalline A.
Franklin s'est concentrée sur la forme A, Wilkins sur la forme B. Pour une physico-chimiste, la forme cristalline semblait le choix évident. Lorsqu'il est bombardé de rayons X devant une plaque photographique, il produit des motifs de diffraction nets et détaillés. Plus de détails signifiaient plus de données, ce qui signifiait une analyse plus précise, quoique plus difficile. La forme B, en revanche, a produit des motifs plus flous et moins détaillés, mais plus simples à analyser. Initialement, Franklin considérait qu'à la fois A et B étaient hélicoïdaux. Dans des notes pour un séminaire qu'elle donne en novembre 1951, elle les décrit collectivement : « grande hélice à plusieurs chaînes, phosphates à l'extérieur, liaisons interhélicoïdales phosphate-phosphate, rompues par l'eau » ⁽⁵⁾.
Incapable de résoudre la structure de la forme A, Franklin avait décidé au milieu de 1952 qu'elle n'était pas réellement hélicoïdale - elle a même taquiné Wilkins avec un faux avis funéraire pour l'hélice d'ADN cristalline ⁽⁶⁾. Elle n'était pas la seule à être déconcertée par les données de la forme A : après la publication de l'article sur la double hélice ⁽¹⁾, Crick a écrit à propos de l'image de la forme A précise mais complexe et riche en données de Franklin : « Je suis content de ne pas l'avoir vue plus tôt, car cela m'aurait beaucoup inquiété » ⁽⁷⁾.

Quant à la forme B, elle et tous les autres au King’s College ont reconnu qu'il s'agissait d'une sorte d'hélice. Mais pour Franklin, c'était un artefact. À une humidité élevée, les molécules d'eau encombraient les atomes de l'ADN, produisant une structure qu'elle a décrite comme « gonflée », « distendue », désordonnée. « Quoi qu'il en soit », écrit-elle dans les notes de son séminaire de 1951, sous une humidité accrue, « la substance finit par se dissoudre, c'est-à-dire que les chaînes sont séparées les unes des autres par l'eau » ⁽⁵⁾. Elle a vu la forme B comme un artefact gorgé d'eau, un symptôme de la perte de l'ordre cristallin - donc "paracristallin". Cela explique pourquoi, à la fin de 1952 et au début de 1953, elle a rejeté l'argument selon lequel l'ADN était intrinsèquement hélicoïdal.
Du point de vue d'un chimiste, la décision de Franklin de se concentrer sur la forme cristalline A était parfaitement logique, tout comme les conclusions qu'elle a tirées de son analyse. Mais sa concentration sur la forme A plus sèche a ignoré la réalité très humide de l'intérieur d'une cellule - ce qui signifierait que l'ADN a pris la forme B plus humide. Avec son insistance pour que les données de diffraction soient entièrement analysées avant toute tentative de modélisation, cela allait entraver les efforts de Franklin pendant plus d'un an.

La signification de la photographie 51

Même les défenseurs de Franklin perpétuent souvent involontairement une vision caricaturale de sa science - une vision qui remonte au best-seller de 1968 déformant la réalité de Watson, The Double Helix ⁽⁸⁾. La version de Watson de la prochaine étape cruciale de l'histoire est souvent répétée pour souligner comment Franklin a été privé du crédit qui lui était dû. Et sans le vouloir, cela a diminué son mérite.

Selon Watson, au début de 1953, il a visité le King’s College et s'est disputé avec Franklin. Wilkins, écrit-il, l'a sauvé de cette confrontation et lui a ensuite montré la photographie 51, une image particulièrement claire de la forme B, prise 8 mois plus tôt par Franklin et son doctorant Raymond Gosling. Franklin avait mis la photographie de côté pour se concentrer sur la forme A. Elle se préparait à être transférée au Birkbeck College, également à Londres, et avait reçu pour instruction de laisser derrière elle son travail sur l'ADN. Gosling était maintenant supervisé par Wilkins, et il avait donné la photographie à Wilkins. Il dit qu'il l'a fait avec l’accord de Franklin ⁽⁹⁾. L'image, comme Watson l'a déclaré dans The Double Helix, a montré qu'une hélice d'ADN "doit exister" - seule une structure hélicoïdale pouvait produire ces marques ⁽⁸⁾.
À cause du récit de Watson, les gens ont fait de la photographie 51 un fétiche. Elle est devenue l'emblème à la fois de la réussite de Franklin et de ses mauvais traitements.

Mais le récit de Watson contient une présomption absurde. Cela implique que Franklin, la chimiste habile, ne pouvait pas comprendre ses propres données, alors que lui, novice en cristallographie, les appréhendait immédiatement. De plus, tout le monde, même Watson, savait qu'il était impossible de déduire une structure précise d'une seule photographie - d'autres structures auraient pu produire le même diagramme de diffraction. Sans mesures minutieuses - et Watson a insisté sur le fait qu'il ne les avait pas faites - l'image montrait tout au plus que la forme B était probablement une sorte d'hélice, ce dont personne ne doutait. En outre, diverses sources de preuves - y compris même The Double Helix, en lisant attentivement - montrent que ce cliché a joué peu ou pas de rôle dans la progression de Watson et Crick vers la structure correcte entre janvier et mars 1953. En fait, ce sont d'autres données de Franklin et Wilkins qui se sont avérées cruciales, et même alors, ce qui qui s'est réellement passé était moins malveillant qu'on ne le pense généralement.

Watson a eu un choc en voyant la photo – à cause du moment où il l'a vue. Quelques jours auparavant, le groupe de Cambridge avait reçu un manuscrit du chimiste américain Linus Pauling, dans lequel il prétendait avoir résolu la structure de l'ADN. Bien que Pauling ait commis quelques erreurs élémentaires, Lawrence Bragg, chef du laboratoire Cavendish, qui, de longue date, avait une rivalité avec Pauling, avait encouragé Watson et Crick à reprendre leur construction de modèles. Watson était passé au King’s College pour montrer la bévue de Pauling, et Wilkins lui avait montré la photographie. Transformer ce moment comme étant l'apogée de The Double Helix était un effet littéraire: un moment eureka classique, facile à comprendre pour les lecteurs profanes.

À partir de 1951, Wilkins avait tenu Watson et Crick au courant de ses travaux sur la forme B, en particulier sa conviction que la structure contenait une ou plusieurs hélices, répétées tous les 34 angströms, et il aurait pu dire que dans chaque répétition il y avait probablement 10 éléments . Peu de temps après que Watson ait vu la photographie 51, le superviseur de Crick, Max Perutz, leur a remis un rapport informel sur l'activité du Medical Research Council (MRC) du King’s College, qui lui avait été remis dans le cadre d'une visite officielle à l'unité en décembre 1952. Cela comprenait une page de Franklin, décrivant son travail. Bien que dans une lettre de 1969 à Science, Perutz ait déclaré qu'il regrettait d'avoir partagé le rapport sans d'abord consulter le groupe du King’s, il n'était pas confidentiel ⁽¹⁰⁾. En effet, une lettre que nous avons découverte d'une chercheuse de King’s, Pauline Cowan, écrite à Crick en janvier 1953, invite Crick à une conférence de Franklin et Gosling, qui, poursuit Cowan, « disent que c'est surtout pour un public de non-cristallographes et que Perutz en sait déjà plus que ce qu'ils ne sont susceptibles de présenter, de sorte que peut-être, vous pourriez penser que cela ne vaut la peine de venir ». Ainsi, Franklin semble avoir supposé que Perutz partagerait ses connaissances avec Crick dans le cadre de l'échange scientifique informel habituel ⁽¹¹⁾.

Dans sa contribution au rapport du MRC, Franklin avait confirmé le résultat 34 Å pour la forme B. Elle a également signalé que la cellule unitaire (l'unité répétitive du cristal) de l'ADN était énorme; il contenait un plus grand nombre d'atomes que toute autre cellule unitaire dans toute autre structure moléculaire connue. Franklin a également ajouté quelques données cristallographiques clés pour la forme A, indiquant qu'elle avait une symétrie «C2», ce qui impliquait à son tour que la molécule avait un nombre pair de brins de sucre-phosphate fonctionnant dans des directions opposées.

Les notes de Crick pour une conférence sur l'histoire de la double hélice, donnée aux historiens des sciences à l'Université d'Oxford en mai 1961, ainsi que les remarques formelles et informelles faites tout au long de sa vie, révèlent que, contrairement à la photographie 51, ce rapport était vraiment important pour confirmer la structure que Watson et Crick ont finalement obtenue.

En fin de compte, cependant, ni la photographie 51 ni le rapport du MRC n'ont "donné" à Watson et Crick la double hélice. Ce qu'ils ont fait, c'est six semaines de ce qu'ils ont décrit plus tard comme des "essais et erreurs" - faire des calculs et jouer avec des modèles chimiques en carton. ( Watson l'a fait comprendre dans The Double Helix ; Crick l'a fait dans une série d'entretiens avec l'historien Robert Olby à la fin des années 1960 et au début des années 1970 ).

Les données de Franklin et les nombreuses conversations de Watson et Crick avec Wilkins avaient fourni ce qui semblait être des éléments d'information clés - les groupes phosphate étaient à l'extérieur de la molécule ; il y avait une répétition tous les 34 Å ; peut-être y avait-il dix bases par répétition et un nombre pair de brins allant dans des directions opposées (implication de la symétrie C2). Pourtant, selon leurs propres récits, le duo a ignoré chacun de ces faits à tout moment au cours de ces six semaines. Une fois qu'ils ont trouvé un modèle conceptuel de la structure, le rapport du MRC a fourni une vérification précieuse de leurs hypothèses.

L'histoire n'était donc pas : c'est eux qui volaient les données du groupe du King’s College, et puis, voilà, ces données leur donnaient la structure de l'ADN. Au lieu de cela, ils ont résolu la structure grâce à leur propre approche itérative, puis ont utilisé les données du King’s - sans autorisation - pour la confirmer.

Ce que Franklin a vraiment fait

Franklin a apporté plusieurs idées clés à la découverte de la double hélice. Elle a clairement différencié les formes A et B, résolvant un problème qui avait dérouté les chercheurs précédents. Les expériences de diffraction des rayons X dans les années 1930 avaient utilisé par inadvertance un mélange des formes A et B d'ADN, produisant des motifs flous qu'il était impossible de résoudre complètement. Ses propres mesures lui ont dit que la cellule unitaire d'ADN était énorme ; elle a également déterminé la symétrie C2 présente dans la cellule unitaire ⁽¹²⁾.

La symétrie C2 était l'un des 230 types de «groupes spatiaux» cristallographiques 3D qui avaient été établis à la fin du XIXe siècle. Franklin n'a pas compris sa signification non pas parce qu'elle était obtuse, mais parce qu'elle ne la connaissait pas. Selon son collègue Aaron Klug, Franklin a dit plus tard qu'elle « aurait pu se donner des coups de pied » pour ne pas avoir réalisé ses implications structurelles ⁽¹³⁾. Crick a réalisé les implications parce qu'il se trouvait qu'il avait étudié intensément la symétrie C2. Mais même lui n'a pas utilisé la détermination de Franklin de cette symétrie lors de la construction du modèle; au contraire, cela a fourni une corroboration puissante lorsque leur modèle était terminé.

Franklin a également saisi, indépendamment, l'une des idées fondamentales de la structure : comment, en principe, l'ADN pourrait être lié à la production des protéines. En février 1953, elle travaillait dur pour terminer ses analyses d'ADN avant de quitter le King’s College. La forme A avait continué à résister à ses tentatives d'interprétation, alors elle s'était tournée vers la forme B beaucoup plus simple, clairement hélicoïdale. Ses notes révèlent qu'à la fin février, elle avait accepté que la forme A était aussi probablement hélicoïdale, avec deux brins, et elle s'était rendu compte que l'ordre des bases sur un brin donné n'avait aucun effet sur la structure globale. Cela signifiait que n'importe quelle séquence de bases était possible. Comme elle l'a noté, "une variété infinie de séquences de nucléotides serait possible pour expliquer la spécificité biologique de l'ADN" ⁽¹⁴⁾. Cette idée, que Watson et Crick ont comprise à peu près au même moment, avait été proposée pour la première fois en 1947 par le chimiste John Masson Gulland de l'University College de Nottingham, au Royaume-Uni (aujourd'hui l'Université de Nottingham) ⁽¹⁵⁾.

Franklin n’avait pas appréhendé l'appariement de bases complémentaires - que A ne pouvait se lier qu'avec T et C qu'avec G, chaque paire de bases formant une structure identique dans la molécule. En fait, elle ne travaillait pas avec les formes correctes des bases, donc elle n'aurait pas pu faire un modèle satisfaisant si elle avait essayé ( il en était de même pour Watson et Crick jusqu'à la toute dernière phase de leur travail ). Elle ne réalisait pas non plus que ses données impliquaient que les deux brins étaient orientés dans des directions différentes - ou que la forme B, trouvée à des niveaux d'humidité élevés, devait être la forme biologiquement fonctionnelle ( La forme A ne se trouve que dans des conditions de laboratoire ). Elle n'a pas eu le temps de franchir ces dernières étapes, car Watson et Crick ont été plus rapides à trouver la réponse.

Franklin n'a pas réussi, en partie parce qu'elle travaillait seule sans pair avec qui échanger des idées. Elle était également exclue du monde des échanges informels dans lequel Watson et Crick étaient plongés. Même si certains à l'époque - notamment les chercheurs du King’s College et un petit groupe de ce que Watson appelait les « biochimistes mineurs de Cambridge » ⁽¹⁶⁾ - n'étaient pas satisfaits de l'utilisation par Watson et Crick des données du groupe du King’s, les principaux scientifiques du Cavendish - Perutz, Bragg, John Kendrew - pensaient que c'était tout à fait normal. Et il n'y a aucune preuve que Franklin ait pensé autrement.

Reconnaître la vérité

Après que Watson et Crick aient lu le rapport du MRC, ils ne pouvaient pas ne pas en tenir compte. Mais ils auraient pu - et auraient dû - demander la permission d'utiliser les données et expliquer exactement ce qu'ils avaient fait, d'abord à Franklin et Wilkins, puis au reste du monde, dans leurs publications.

En avril 1953, Nature a publié trois articles consécutifs sur la structure de l'ADN, de Watson et Crick, de Wilkins et ses collègues, et de Franklin et Gosling ^(1-3). Watson et Crick ont déclaré qu'ils avaient été « stimulés par la connaissance de la nature générale des résultats expérimentaux et des idées non publiés » de Wilkins et Franklin. Ils ont cependant insisté sur le fait qu'ils n'étaient « pas au courant des détails », affirmant que la structure « repose principalement mais pas entièrement sur des données expérimentales publiées et des arguments stéréochimiques » ⁽¹⁾. La véracité de ces déclarations dépend d'interprétations hautement charitables des « détails » et « principalement, mais pas entièrement ».

Dans une description complète de la structure dans un article soumis en août 1953 et publié en 1954, Crick et Watson ont tenté de remettre les pendules à l'heure ⁽¹⁷⁾. Ils ont reconnu que, sans les données de Franklin, « la formulation de notre structure aurait été très improbable, voire impossible », et ont implicitement qualifié le rapport du MRC de « rapport préliminaire » dans lequel Franklin et Wilkins avaient « indépendamment suggéré que la structure de la forme paracristalline [B] est hélicoïdale et contient deux chaînes entrelacées ». Ils notent également que les chercheurs du King’s College « suggèrent que le squelette sucre-phosphate forme l'extérieur de l'hélice et que chaque chaîne se répète après un tour en 34 Å ».

Cette reconnaissance claire de la nature et de la source des informations utilisées par Watson et Crick a été ignorée dans les récits précédents de la découverte de la structure de l'ADN. En plus de montrer que le duo de Cambridge essaie enfin de faire les choses convenablement, cela renforce notre argument selon lequel Franklin était membre à part entière d’un groupe de quatre scientifiques travaillant sur la structure de l'ADN. Elle était reconnue comme telle par ses collègues, même si cette reconnaissance était à la fois tardive et sous-estimée. Tout cela aide à expliquer l'une des énigmes durables de l'affaire - pourquoi ni Franklin ni Wilkins n'ont jamais remis en question la façon dont la structure avait été découverte. Ils connaissaient la réponse, parce qu'ils s'attendaient à ce que Perutz partage leurs connaissances et parce qu'ils avaient lu l'article de Watson et Crick de 1954 ⁽¹⁷⁾.

Time out

Trois semaines après la publication des trois articles sur l'ADN dans Nature, Bragg a donné une conférence sur la découverte à la Guy's Hospital Medical School de Londres, qui a été rapportée en première page du quotidien British News Chronicle. Cela a attiré l'attention de Joan Bruce, une journaliste londonienne travaillant pour Time. Bien que l'article de Bruce n'ait jamais été publié - ni décrit par les historiens jusqu'à présent - il se distingue par une nouvelle description de la découverte de la double hélice.

Bruce a décrit le travail comme étant effectué par « deux équipes » : l'une, composée de Wilkins et Franklin, rassemblant des preuves expérimentales à l'aide d'une analyse aux rayons X ; "l'autre" comprenant Watson et Crick, travaillant sur la théorie. Dans une certaine mesure, écrivait Bruce, les équipes travaillaient de manière indépendante, même si « elles se regroupaient, confirmant de temps en temps le travail de l'autre ou débattant autour d'un problème commun ». Par exemple, Watson et Crick avaient « commencé à travailler sur la théorie de la double hélice à la suite des rayons X de Wilkins ». À l'inverse, écrit-elle, Franklin « vérifiait le modèle de Cavendish par rapport à ses propres rayons X, ne confirmant pas toujours la théorie structurale de Cavendish » ⁽¹⁸⁾. Il ne nous a pas échappé que les deux exemples placent Franklin dans une position de force, tout à fait comparable à Wilkins, Crick et Watson.

Malheureusement, Bruce n'insistait pas très fort sur les aspects scientifiques. Son article est allé assez loin pour que Time envoie un photographe de Cambridge, Anthony Barrington Brown, faire des portraits de Watson et de Crick, et pour que Watson dise à ses amis de regarder quand cela sortirait ⁽¹⁹⁾. Mais cela n'est jamais paru, peut-être parce que Franklin a dit à Bruce qu'il fallait énormément de travail pour clarifier les aspects scientifiques. La vision de Bruce sur la découverte a été enterrée et les images fascinantes de Barrington Brown ont disparu jusqu'à ce que Watson ressuscite les meilleures d'entre elles 15 ans plus tard, pour The Double Helix ⁽²⁰⁾.

Il est tentant de penser à la façon dont les gens auraient pu se souvenir de l'histoire de la double hélice si l'article de Bruce avait été publié, après avoir été correctement corrigé scientifiquement. Dès le départ, Franklin aurait été représenté comme un membre à part entière d'un quatuor qui a résolu la double hélice, la moitié de l'équipe qui a articulé la question scientifique, a fait les premiers pas importants vers une solution, a fourni des données cruciales et puis, a vérifié le résultat. En effet, l'une des premières présentations publiques de la double hélice, à la Royal Society Conversazione en juin 1953, a été signée par les auteurs des trois articles de Nature ^{(1–3, 21)}. Dans cette première présentation, la découverte de la structure de l'ADN n'était pas considérée comme une course gagnée par Watson et Crick, mais comme le résultat d'un effort commun.

Selon le journaliste Horace Freeland Judson et la biographe de Franklin, Brenda Maddox, Rosalind Franklin a été réduite à « l'héroïne lésée » de la double hélice ^{(22, 23)}. Elle mérite qu'on se souvienne d'elle non pas comme la victime de la double hélice, mais comme une contributrice à part entière à la résolution de la structure de l'ADN.