Привет, Хаброжители! Венкатраман «Венки» Рамакришнан — американский и британский биохимик, лауреат Нобелевской премии по химии за 2009 год совместно с Томасом Стейцем и Адой Йонат «за исследования структуры и функций рибосомы». С 2015 года президент Королевского общества, член Национальной академии наук США.
Все знают о ДНК, молекуле, которая хранит наши гены. Но ДНК бесполезна без рибосомы — уникального процессора, расшифровывающего генетический код. Именно рибосома — двигатель жизни. «Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии» — увлекательная история об открытии ее невероятно сложной структуры и о разгадке древней тайны жизни.
Отрывок. Первые кристаллы
Их успех мотивировал и других подключиться к такой работе. Советское правительство организовало в городке Пущино крупный научный центр. Там находилось несколько хорошо финансируемых НИИ, во главе одного из которых стоял блестящий биохимик и специалист по рибосомам Александр Сергеевич Спирин. Как и Виттманн, он руководил большим научным отделом, где изучались практически все аспекты рибосом. Он был не столь систематичным, как Виттманн, обладал богатым научным воображением и был готов публиковать смелые идеи. Кроме того, Спирин показал себя очень независимым человеком, не прогибавшимся перед начальством. Так, однажды ему предложили подписать петицию с инициативой исключить из АН СССР Андрея Сахарова — знаменитого физика-ядерщика, диссидента, создателя советской водородной бомбы. Открытый отказ подписывать такую петицию мог показаться политически недальновидным поступком со стороны видного члена Академии наук, к тому же директора крупного НИИ, поэтому Спирин решил ненадолго отправиться в охотничий поход в леса, прилегающие к Пущино.
Одна из его сотрудниц, Мария Борисовна Гарбер, руководила небольшой группой, пытавшейся кристаллизовать отдельные белки рибосомы или факторы белков, обеспечивающие различные функции рибосом. Как и остальные, она работала на материале кишечной палочки.
Гарбер изменила подход к исследованию рибосом в 1978 году, прочитав один японский отчет, в котором описывалась работа с новой термофильной бактерией, на материале которой удалось кристаллизовать два важных белка, действовавших в рибосоме. Немного тавтологично названная Thermus thermophilus, она была обнаружена Тайро Ошимой в горячих источниках на полуострове Идзу в 1971 году. Лучше всего она растет при температуре 75 °C.
Гарбер на несколько месяцев съездила в Японию и в декабре 1979 года привезла в СССР несколько таких бактериальных культур — но, к сожалению, микроорганизмы погибли в дороге. Она попросила Ошиму прислать ей свежие клетки по почте, и они благополучно прибыли. К концу 1980 года Гарбер с коллегами успели плодотворно поработать над этими бактериями и получили красивые кристаллы белка (вернее, белкового фактора), названные фактором элонгации G, помогающего рибосоме двигаться по мРНК.
Первый успех с белками T. thermophilus вдохновил Гарбер и ее коллег еще поэкспериментировать с этим организмом. Оказалось достаточно дорого выращивать T. thermophilus в СССР, и Гарбер пригласила других советских ученых, чтобы вместе разобрать бактерию на все белки, какие только могут пригодиться.
Среди коллег Гарбер был Игорь Николаевич Сердюк, занимавшийся «контактами с зарубежными партнерами», часто и без проблем выезжавший на Запад даже в разгар холодной войны. Ранее он применял методы с низкой разрешающей способностью, в общих чертах описывая форму рибосом, поэтому, естественно, ему было интересно, удастся ли кристаллизовать их при помощи материалов из лаборатории Гарбер. Он и его студентка Елизавета Карпова очистили рибосомы T. thermophilus и получили очень мелкие кристаллы, подобные первым кристаллам, синтезированным в Берлине. После этого успеха Гарбер обратилась к Спирину с просьбой поддержать группу и ее попытки кристаллизовать рибосомы нового штамма.
Он согласился, и к делу подключились еще несколько человек, среди которых следует особо отметить Марата Юсупова, студента Спирина. Не имея серьезного опыта в кристаллизации, ученые обратились за помощью к двум сотрудникам Московского института кристаллографии — Владимиру Барынину и Сергею Траханову. К 1986 году они смогли кристаллизовать малую субъединицу, а также, воспользовавшись приемом, с помощью которого Траханов очищал рибосомы, — целую рибосому. Теперь, с учетом 50S-кристаллов, полученных силами Йонат и Виттманна, в распоряжении ученых были и обе субъединицы, и вся рибосома.
Юсупов представил свои результаты в виде плаката, продемонстрированного в июле 1987 года в Бишенбуре близ Страсбурга во Франции, а месяц спустя эта работа была опубликована в престижном научном журнале FEBS Letters. Через пару месяцев Йонат и Виттманн сообщили, что им также удалось кристаллизовать малую субъединицу и целые рибосомы на материале того же штамма T. thermophilus. Они опубликовали свои результаты в том же самом никому не известном журнале Biochemistry International. На следующий год Йонат написала о том, что удалось улучшить кристаллы малой субъединицы (30S), и теперь они выглядели как минимум не хуже советских.
Это могло привести к жесткой конкуренции между советской и германской группами, но такого не произошло. Русские получали гораздо меньше финансирования, чем немцы, и были хуже оснащены, особенно для кристаллографической обработки больших молекул. Пытаясь вывести исследования на следующий этап, Марат Юсупов и его супруга Гульнара отправились в Страсбург, где собирались продолжить кристаллографическое исследование рибосом вместе с Жаном-Пьером Эбелем и Дино Морасом. По причинам, оставшимся неизвестными для Юсупова, Эбель в какой-то момент решил прекратить сотрудничество. Спирин считал, что Йонат и Виттманн убедили Эбеля, что соперничать с ними не стоит.
Каковы бы ни были реальные причины, советские наработки по кристаллизации рибосом затухли. Мария Гарбер вернулась к своим прежним научным интересам: исследованию отдельных рибосомных белков и факторов. Разочаровавшись в бесплодной работе, некоторые ключевые представители советской исследовательской группы разъехались по всему миру. Несколько лет спустя, в середине 1990-х, Юсупов написал Гарри Ноллеру, ведущему биохимику и специалисту по рибосомам из Калифорнийского университета в городе Санта-Крус, попросив разрешения поработать над структурой рибосом в его лаборатории, но эту историю лучше оставить на потом. Сергей Траханов вел по сути кочевую жизнь, успев на протяжении двадцати лет поработать в Японии и США. Он также некоторое время работал и в лаборатории у Ноллера, после того как оттуда отбыл Юсупов; затем Траханов вернулся в Европу.
С фактическим закрытием советского проекта Йонат осталась во главе единственной группы, занимавшейся кристаллографией рибосом. К концу 1980-х еще не удалось получить ни одного настолько хорошего кристалла, чтобы в нем просматривалась атомная структура обеих субъединиц рибосомы, а тем более — всего объекта целиком. Но они уже вполне годились для того, чтобы примерно судить о том, как в рибосоме взаимодействуют белки и РНК.
Действительно, структура рибосомы постепенно складывалась в карту из размытых изображений, полученных при помощи электронного микроскопа. Часть актуальной на тот момент работы была связана с антителами, то есть с белками, которые синтезируются нашей иммунной системой и могут прикрепляться к строго определенным мишеням. В рамках одного эксперимента Джим Лейк из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе синтезировал антитела, распознававшие начало новоиспеченного белка. В 1982 году он продемонстрировал, что эти антитела прикрепляются к тыльной части большой субъединицы, то есть ровно напротив той точки, где новая аминокислота с тРНК прикрепляется к наращиваемой полипептидной цепи. Напрашивался вывод, что в большой субъединице должен быть туннель: своеобразные родовые пути, которые предстоит миновать новой белковой цепочке, прежде чем появиться с другой стороны. В 1986 году Найджел Анвин подтвердил наличие такого туннеля, проанализировав при помощи электронного микроскопа плоские кристаллы, полученные из ящеричьих рибосом. В следующем году Йонат и Виттманн также сообщили, что в субъединице есть туннель, опираясь на изученные методом электронной микроскопии плоские срезы тех рибосомных кристаллов, которые получили сами. Оба этих отчета базировались на зображениях в низком разрешении, далеких от сегодняшнего представления рибосомы, но ученые уверенно идентифицировали в качестве туннеля, существование которого было уже доказано Лейком, другие объекты.
Если не считать этих результатов, прогресс был медленным. Даже спустя десятилетие после того, как были получены первые трехмерные кристаллы рибосом, оставалось неясным, удастся ли построить на их основе методом рентгеновской кристаллографии хоть какие-нибудь внятные карты. Тем не менее Ада Йонат цеплялась за эту мечту и стремилась улучшить свои кристаллы.
» Более подробно с книгой можно ознакомиться на сайте издательства
» Оглавление
» Отрывок
Для Хаброжителей скидка 25% по купону — Рамакришнан
По факту оплаты бумажной версии книги на e-mail высылается электронная книга.