Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии - читать онлайн книгу. Автор: Венки Рамакришнан cтр.№ 22

Я едва сдерживал эмоции. Возможно, это и была та самая нить Ариадны, которая помогла бы мне проложить путь к расшифровке структуры субъединицы или даже целой рибосомы. Несколько раз переделал расчеты, чтобы убедиться, что не занимаюсь самообманом, но ответ всякий раз получался один и тот же. Будь у меня хорошие кристаллы, мне хватило бы всего с десяток атомов металла, прикрепляемых к рибосомной субъединице, чтобы можно было понять ее структуру.

Обдумывая эту идею, я вспомнил о встрече с Франсуа Франчески, сотрудником Ады – венесуэльцем корсиканского происхождения – на конференции в Берлине. Он был очень любезен, пригласил нас со Стивом Уайтом в свою лабораторию, что располагалась в старом виттмановском отделе в Институте Макса Планка в Далеме. Это фешенебельный район Западного Берлина со множеством знаменитых НИИ, предвосхитивших войну. Именно в этом институте Стив работал до переезда в Брукхейвен. Пока мы болтали, Франсуа рассказал, что специальный комитет контролирует их работу раз в несколько лет. Последний вердикт был таков: они слишком распыляются и вместо этого должны сосредоточиться на изучении субъединицы 50S, так как уже смогли ее качественно кристаллизовать.

Вспоминая об этом разговоре, я осознал смысл его слов: они означали, что никто не собирается тщательно исследовать ни малую субъединицу, ни всю рибосому целиком, и хороших кристаллов из них пока не получено. Я думал, что браться за расшифровку всей рибосомы пока преждевременно, но малая субъединица 30S, которая связывается с мРНК и участвует в считывании генетического кода, вдвое меньше 50S-субъединицы, и как раз с нее лучше начать. Я ощутил реальную возможность попасть в высшую лигу. Но оказалось, что ждать придется несколько дольше, так как после двенадцати лет в Брукхейвене мне предстоял переезд в Юту и еще одна крупная встреча по рибосомам.

Переломным стал 1995 год как в исследовании рибосом, так и в моей жизни. Той осенью я планировал переезд в Юту, поэтому решил остановиться в Солт-Лейк-Сити на пути в Викторию, столицу Британской Колумбии, где должна была состояться ближайшая встреча по рибосомам.

Во время краткого пребывания в Юте мы с Верой присматривали себе дом и выбрали жилище у подножия гор, откуда открывался живописный вид на долину. Затем мы на несколько дней отправились с рюкзаками побродить в лесу Хох на полуострове Олимпия, а оттуда на пароме добрались до Виктории, которая расположена на южном берегу острова Ванкувер. Виктория – живописный город с оттенками колониального прошлого: британский стиль в архитектуре и оформлении ландшафтов. Прямо во время нашего собрания за окном парадными маршами отмечали день рождения королевы Виктории.

На собрании же мне довелось узнать об одном захватывающем прорыве, а также удивительно разочароваться. Прорывом стали впервые увиденные мною объемные модели рибосомы, полученные при помощи электронного микроскопа. Незадолго до описываемых событий исследователи стали использовать метод «реконструкции отдельных частиц» для работы с асимметричными объектами (ранее его применяли только к объектам правильной формы, например вирусам). Биомолекулы рассеивают электроны или рентгеновские лучи примерно с той же четкостью, что и вода, в которой они существуют, поэтому ранее метод заключался в накрывании частиц тяжелым атомом (например, урана) и последующем высушивании. Если удавалось выжать из частиц достаточно сильный сигнал, электронный микроскоп позволял рассмотреть их внутреннюю структуру. Ричард Хендерсон и Найджел Анвин применяли такой метод к плоским кристаллам. Работы Жака Дюбоше позволили рассматривать биомолекулы при низких температурах, благодаря которым стало возможным замедлить разрушительное воздействие электронного микроскопа, сравнимое с действием рентгеновских лучей, облучать образцы более высокими дозами электронов и видеть отдельные биомолекулы без окрашивания.

Одним из ведущих ученых в этой дисциплине был немец Иоахим Франк, много лет работавший в относительном уединении в Уодсвортском центре в Олбани; там у него была лаборатория, расположенная на цокольном этаже большого ведомственного здания. Высокий, учтивый и несколько замкнутый Иоахим по-настоящему любил искусство и литературу (писал художественную прозу и стихи). Как и я, он выглядел немного неуверенным, поскольку большую часть своей исследовательской карьеры провел вдалеке от бурной жизни научных центров. Он разрабатывал методы извлекания информативного сигнала из пестревших помехами картинок биомолекул.

Примерно в 1980 году к нему присоединился голландский специалист по микроскопии Марин ван Хил, резко отличавшийся от Иоахима своей открытой напористой манерой. Вскоре стало понятно, что городок Олбани тесен для них двоих, поскольку Марина переманили в Институт Виттмана. Однако с Иоахимом они успели написать ключевую статью о том, как извлекать информацию из нечетких двумерных проекций частиц на снимке микроскопа и классифицировать их по группам, соответствующим углам, под которыми частицы рассмотрены. После этого прорыва они стали трудиться отдельно, и оба занялись разработкой методов для получения трехмерных структур.

Изображения рибосом, продемонстрированные Иоахимом на том собрании, были самыми подробными, какие мне только доводилось видеть. Впервые можно было воочию наблюдать, как тРНК вклинивается между субъединицами, а мРНК вьется вокруг щели в малой субъединице. Но разрешение все еще оставалось слишком низким, чтобы судить об атомных структурах или даже визуализировать расположение различных белков и компонентов РНК в рибосоме. Все это выглядело как набор пузырьков, складывающихся в общую фигуру, и те из нас, кто занимался кристаллографией и гордился умением картировать атомные структуры, даже пренебрежительно называли этот метод «пузырькологией».

Напротив, «достижения» в области кристаллографии удручали. Многим было интересно, чего же удалось достичь Аде на материале ее очень качественных кристаллов большой субъединицы, полученных пятью годами ранее. Она сообщила, что наконец-то вычислила фазы отражений от своих кристаллов с тяжелыми атомами и построила карты с разрешением 7 ангстрем, на которых видны бороздки в двойных спиралях РНК. Но на трехмерных картах Ады ничего знакомого различить было невозможно.

Собравшиеся на конференции, в основном биохимики-рибосомщики и генетики, не представляли, что с этим делать. Подобные собрания полезны не только потому, что мы узнаем там о последних разработках, но и потому, что высказываем свои соображения и дискутируем. Когда пришло время задавать вопросы, я поднял руку и сказал: «Мне известно, как выглядят при разрешении 7 ангстрем как минимум две важные структуры. Первая – бактериородопсин, в нем белковые спирали просматриваются как трубочки. Вторая – нуклеосома, где четко видны бороздки в двойных спиралях ДНК. Поскольку известно, что в рибосоме присутствуют обе эти структуры, покажите, где они на ваших картах». На что Ада ответила: «Ну, если бы рибосома была устроена так же просто, как и бактериородопсин, то ее давно расшифровали бы. Кстати, вы хотя бы знаете, как выглядели первые карты нуклеосомы?»

Детали, которые должны быть видны при заданном разрешении, обязаны просматриваться независимо от размера или сложности объекта, но я, сделав это замечание, не хотел продолжать спор. После заседания мы общались с Питером Муром, Гарри Ноллером и еще несколькими коллегами. Гарри выглядел очень задумчивым и спросил, в чем, на наш взгляд, может быть проблема. Мы согласились друг с другом, что налицо серьезные ошибки.