Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии - читать онлайн книгу. Автор: Венки Рамакришнан cтр.№ 17

Третий урок заключался в следующем: своим успехом LMB была в значительной степени обязана тому, что ее сотрудники работали небольшими командами всего по несколько человек. Таким образом, лидеры групп были сосредоточены на самых интересных вопросах, причем участвовали в деле всей команды или тщательно следили за ходом актуальных работ. Сегодня существует тенденция у знаменитых профессоров собирать вокруг себя гигантские группы по двадцать-тридцать человек просто потому, что могут себе позволить. Для профессора это, возможно, великолепно, но такая среда не слишком располагает для обучения подопечных, поскольку многим из них в проработку отдаются малоинтересные проблемы. Исследования подтверждают: чем больше группа, тем меньше ее продуктивность.

При нашей первой встрече Аарон сказал мне, что, на его взгляд, структура GH5 не столь интересна сама по себе, и порекомендовал мне поставить несколько опытов, чтобы попытаться привязать ее к фрагменту ДНК. Не решаясь перечить Клугу, я принялся за проработку его предложения, обосновавшись за одним лабораторным столом с его постдоком Уэсом Сундквистом. Примерно через месяц я осознал, что на решение этой задачи не хватит творческого отпуска, и сказал Аарону, что не считаю этот подход полезным, поэтому хочу поработать с данными, которые привез с собой. Он на удивление быстро согласился и как будто стал меня больше уважать. Уэсу казалось забавным наблюдать, как брошенный мной эксперимент постепенно выдыхается и зарастает пылью.

Даже если бы Аарон располагал достаточным временем, он бы не мог рассказать мне всю подноготную о разгадке структуры кристаллов, поскольку с тех пор, как он начал заниматься такими работами, компьютерные программы сильно изменились. К счастью, LMB была и остается одним из самых дружных коллективов, какие мне доводилось видеть. И молодые ученые, например Пол Маклафлин, и именитые кристаллографы, такие как Эндрю Лесли и Фил Эванс, с готовностью мне помогали. Очень скоро я уже рассматривал подробную карту рибосомного белка S5 и выстраивал его атомную модель.

Невозможно преувеличить упоение, с которым собираешь такую структуру. До тех пор, пока к этому не приступишь, молекула – словно черный ящик. Но словно раздвигается занавес, и молекула предстает во всей красе, с перегибами и петлями цепочки, свертывающейся в уникальную архитектуру. Наверное, такие чувства могли испытывать первопроходцы, перед которыми открывается незнакомый ландшафт.

Но разгадка структуры GH5 приобрела интересный поворот. До того самого времени практически любую молекулу, расшифрованную MAD-методом, формализовали на языке научного аппарата, разработанного Уэйном Хендриксоном. Сложная система учета, описывавшая схожие измерения, отдельно выполняемые для разных длин волн, была неудобна и не предусматривала тонких механизмов обработки ошибок, какие применялись в кристаллографии. Без такой обработки сигнал получался слишком слабым. В типичном тяжелом атоме около 80 электронов, но обычная изменчивость свойств селена на разных длинах волн при MAD-эксперименте соответствовала разбежке всего в несколько электронов. Чудо, что этот метод вообще работал, так как разница при рассеянии в пересчете на несколько электронов была едва заметна.

Пользуясь выверенными программами Уэйна, я получил, как мне казалось, годную карту GH5 и принялся выстраивать его структуру. В тот период Фил Эванс вернулся из поездки в Йорк, где работала его приятельница Элеанор Додсон, полагавшая, что новая программа по разгадке структур с тяжелыми атомами также может пригодиться и при MAD-эксперименте. Я отнесся к этому скептически, но решил попробовать. Каково же было мое удивление, когда всего через несколько часов у меня получилась гораздо более точная карта, при помощи которой мы и расшифровали структуру GH5, а затем опубликовали результаты. После выхода нашей статьи уже практически никто не пользовался программами Уэйна.

MAD-метод работал, несмотря на столь слабый сигнал, потому, что ошибки при эксперименте были еще незначительнее. Важна была не сила сигнала, а погрешность (то, насколько он перекрывает «помехи»). В данном случае ученые говорят о соотношении «сигнал – шум». При стандартном методе с использованием тяжелых атомов два кристалла никогда не будут идентичны по форме. Чтобы получить между ними достаточную разницу, нужно убедиться, что все факторы скомпенсированы и довольно сложно рассматривать два множества данных в одинаковом масштабе. Другая проблема заключается в том, что при добавлении тяжелого атома меняется структура всей остальной молекулы, это свойство называется неизоморфностью. Таким образом, точно сравнить два множества данных невозможно. В MAD-эксперименте эти проблемы отсутствуют. Данные по двум длинам волн собираются с одного и того же кристалла, а аномальные отличия между двумя пятнами, связанными по признаку симметрии, измеряются не только на одном и том же кристалле, но и на одинаковой длине волны, зачастую одновременно. Поэтому соотношение «сигнал – шум» при MAD очень выгодное.

Истинный потенциал аномального рассеяния я осознал не сразу. На тот момент я просто не хотел выглядеть дураком на фоне Аарона. С другой стороны, в Кембридже я достиг именно того, к чему стремился, а статьи о двух расшифрованных мною структурах вскоре были опубликованы в Nature. Вернувшись из отпуска, я понял, что хочу браться за самые серьезные вопросы в моей специализации.

В отпуске я прочитал две статьи, изменившие мой подход к рибосоме. Одна из них была связана со старинным парадоксом «курица или яйцо?» и посвящена вопросу, как вообще могли возникнуть рибосомы. Сегодня вся жизнь зависит от тысяч реакций, протекающих с участием белков. Рибосома как состоит из белков, так и производит их. В статье 1968 года Крик предположил, что тРНК и рибосомная РНК «входили в состав примитивного механизма для синтеза белков <…> так и хочется спросить: а могла ли примитивная рибосома полностью состоять из РНК?» ^[13]

К моменту, когда Крик высказал это предположение, все известные ферменты – имеющиеся в каждой клетке биомолекулы, катализирующие жизненно важные химические реакции, – являлись белковыми. Нуклеиновые кислоты могли считаться не более чем инертными носителями информации, не выполняющими никаких химических реакций, тем более трансляцию генов в белки. К тому моменту были открыты и другие ферменты, в работе которых участвуют ДНК и РНК – например, копирующие ДНК при делении клетки или синтезирующие мРНК, соответствующую (комлиментарную) ДНК.

Создавалось впечатление, будто рибосомная РНК напоминает строительные леса, на которых подвешиваются различные белки, каждый из которых выполняет в рибосоме какую-то задачу. Так, один белок может помогать тРНК расшифровывать код, другой – добавлять аминокислоты к растущей белковой цепочке и т. д. Таким образом удавалось объяснить, зачем рибосомных белков так много.

Еще с 1950-х было известно, что принцип действия многих антибиотиков заключается в блокировании рибосом. Номура показал, что мутантные бактерии, устойчивые к стрептомицину, имеют измененный рибосомный белок. Мутации в других белках также меняли реакцию рибосомы на антибиотики.