Hundraåringen som fortfarande öppnar våra ögon

Unesco har utropat 2014 till kristallografins år. En av anledningarna till det är hundraårsminnet av 1914 års Nobelpris i fysik, vilket tilldelades Max von Laue ”för hans upptäckt av röntgenstrålarnas diffraktion i kristaller”. Även 1915 års fysikpris till William och Lawrence Bragg – far och son – ”för deras förtjänster om utforskandet av kristallstrukturer medelst röntgenstrålar” vägde sannolikt tungt när Unesco fattade sitt beslut.

Max von Laue var teoretisk fysiker, född 1879, årsbarn med Albert Einstein. År 1909–12, vid tiden för upptäckten av röntgenstrålarnas diffraktion i kristaller, var Laue docent i München. Röntgenstrålar ansågs vara elektromagnetiska vågor med mycket kort våglängd, och det var känt att dessa vågor kan böjas vid en skarp kant eller spalt, en effekt som kallas diffraktion. Laue fick idén att pröva om det skulle bli några diffraktionseffekter när en röntgenstråle går genom en kristall. Hans professor, Arnold Sommerfeld, tyckte inte att det var någon bra idé men gick till slut gick med på att några assistenter skulle få undersöka saken. Man visste att röntgenstrålar svärtar fotografiska plåtar och satte nu en plåt bakom kristallen. Det häpnadsväckande resultatet var ett symmetriskt mönster av svarta fläckar. Det visade sig att fläckarna flyttade på sig om man vred på kristallen och ganska snart, bland annat med hjälp av den unge Lawrence Bragg, lärde man sig att ur fläckarnas rörelser dra slutsatser om kristallens struktur. Därmed föddes röntgenkristallografin, en metod som använts vid många av de riktigt stora Nobelprisbelönade upptäckterna och därmed tjänat mänskligheten, precis som Alfred Nobel ville ha det.

Sina största framgångar har metoden fått sedan man lärt sig att göra kristaller av biologiskt viktiga molekyler. Initiativtagare till denna gren av kristallografin var J.D. Bernal i Cambridge, en begåvad men omstridd forskare. Till honom sökte sig en ung kvinna i början av 1930-talet för att lära sig mer. Hon hette då Dorothy Crowfoot, men efter att ha hittat en make som var beredd att hjälpa till med hem och barn är hon mer känd under hans efternamn, Hodgkin. När hon hade tillägnat sig metodens grunder började hon ett nästan trettioårigt forskningsprojekt – hon ville bestämma strukturen hos ett ämne som var viktigt för mänskligheten, nämligen insulin. Innan projektet var helt klart erhöll hon, för precis 50 år sedan, 1964 års Nobelpris i kemi för sina ”med röntgenmetoder utförda bestämningar av biokemiskt viktiga ämnens byggnad”. Då hade hon på vägen mot insulinet klargjort strukturen hos både penicillin och vitamin B12.

Att Dorothy Crowfoot Hodgkin var en så stark kvinna kan nog delvis härledas till hennes uppväxt. Född i Kairo 1910, med en pappa som arbetade åt det brittiska imperiet i olika kolonier, sattes hon tidigt i skola i Storbritannien och togs om hand av sina äldre systrar. I skolan skilde man på pojkar och flickor, men eftersom hon var intresserad av kemi lyckades hon få tillstånd att göra laborationer tillsammans med pojkarna. Kanske var det den erfarenheten som fick henne att inte explodera när hon i det starkt mansdominerade Oxford inte tilläts vara med på de manliga kemisternas veckomöten, där de visade varandra sina nya resultat. Hon har berättat att när hon väl kommit i gång med sin röntgenkristallografiska forskning, så knackade det på dörren och en manlig kollega erbjöd sig att låna hennes resultat och visa upp dem för grabbarna på veckomötet.

Det måste därför ha känts som ett lyft när hon under andra världskriget utsågs till ledare för den grupp som gavs i uppdrag att bestämma strukturen hos penicillin. Då hade röntgenkristallografin börjat blomma upp i Cambridge, där Lawrence Bragg blivit chef för det anrika Cavendishlaboratoriet. Efter kriget fortsatte där Max Perutz att studera strukturen hos hemoglobin och hans elev John Kendrew började undersöka myoglobin. Samtidigt i London började Maurice Wilkins och Rosalind Franklin att studera strukturen hos dna. Deras resultat blev avgörande för Cambridgeforskaren Francis Crick och amerikanen James Watson, när dessa 1953 lyckades bygga en konsistent modell av dna. År 1962 belönades Perutz och Kendrew med Nobelpriset i kemi medan Crick, Watson och Wilkins erhöll Nobelpriset i fysiologi eller medicin. Rosalind Franklin hade sorgligt nog avlidit redan 1958.

Man kan nog därmed anse 1962 som ett genombrottsår för tillämpad röntgenkristallografi i Nobelsammanhang. Senare har en lång rad arbeten gjorts med samma grundläggande metodik och belönats med Nobelpris i kemi: 1988 (fotosyntes), 1997 (ATP), 2003 (jonkanaler), 2006 (transkription), 2009 (ribosomer) och 2012 (proteinreceptorer). En viktig anledning till denna långa rad av kemipris är de av fysiker utvecklade synkrotronljusanläggningarna, som MAX-laboratoriet i Lund.

Finns det då något samband även i år mellan de arbeten som belönats med Nobelpris och röntgenkristallografin? Ja, kemipristagarna har förbättrat ljusmikroskopin så att man nu kan studera vad som händer inne i en levande cell. Där rör sig några av de biomolekyler, vars detaljerade strukturer redan avslöjats av Dorothy Crowfoot Hodgkin och andra som följt den väg som stakades ut av Max von Laue samt far och son Bragg för hundra år sedan.