Trabalhando em Paris (1947-1950), no Laboratoire Central des Services Chimiques de L'Etat, usou a técnica da difração dos raios-X para análise de materiais cristalinos. Voltando para a Inglaterra, juntou-se a equipe de biofísicos do King's College Medical Research Council (1951) e com Raymond Gosling no laboratório de biofisica do britânico Maurice Wilkins, e iniciou a aplicação de estudos com difração de raios-X para determinação da estrutura da molécula do DNA. Este trabalho permitiu ao bioquímico norte-americano James Dewey Watson e aos britânicos Maurice Wilkins e Francis Crick confirmar a dupla estrutura helicoidal da molécula do DNA, dando-lhes o Nobel de Fisiologia/Medicina (1962), tendo nela a grande injustiçada, já que o Nobel não pode ser atribuído postumamente.
Apesar das inúmeras dificuldades provocadas pelo preconceito, ela provou então ser uma cientista de primeiro nível, e mudou-se (1953) para o laboratório de cristalografia J. D. Bernal, do Birkbeck College, em Londres, onde prosseguiu com seu trabalho sobre a estrutura mosaical do vírus do tabaco. Quando iniciou a sua pesquisa sobre o vírus da pólio (1956), ela veio a descobrir que estava com cancro. Foi no Birkbeck College que publicou o seu último trabalho, sobre as estrutura do carvão (1958). Morreu em Londres, ainda muito jovem, com 37 anos, de cancro nos ovários.



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