Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии

В Брукхейвене я получил хорошо оснащенную лабораторию, лаборанта и свободу заниматься собственными исследованиями. Коллеги относились ко мне очень дружелюбно и были рады помочь, но сразу дали понять, что я не могу рассчитывать на постоянный контракт, если собираюсь всего лишь продолжать ту работу, которой занялся в постдокторантуре. К счастью, в результате сотрудничества с коллегами в мою недолгую бытность в Оук-Ридж я заинтересовался хроматином. Это комплекс ДНК и гистонных белков, из которого образованы хромосомы. Я взялся исследовать устройство хроматина и долгое время был известен именно этой работой, а не изучением рибосом, которыми тоже продолжал заниматься.

Применяя изученные методы, в частности рассеивание нейтронов, ни я, ни кто-либо другой не мог серьезно продвинуться в понимании, как на самом деле работает рибосома. Казалось, что отдельные компоненты рибосомы сами по себе почти ничего не делают и выглядят как куча поршней и шин, из которых невозможно собрать машину. Тема рибосом стала еще менее модной чем раньше, а рассеивание нейтронов оказалось совершенно тупиковым методом при изучении как рибосом, так и хроматина. Через десять лет после того как я переметнулся из физики в биологию, мне показалось, что моя вторая карьера проваливается, как и первая.

Глава 3

Увидеть невидимое

Говорят: «Увидишь – поверишь». Веками у нас сохранялось множество заблуждений о собственном теле, поскольку знания по анатомии черпались из трудов древнеримского врача Галена, который разделывал животных => основывался на диссекции животных. Лишь в XVI веке Андреас Везалий начал препарировать человеческие тела.

Но при попытках рассмотреть рибосому ни один из применяемых нами методов не позволял визуализировать ее детали. Прежде чем вернуться к нашей истории, стоит сделать отступление и рассказать о том, как ученые потратили полвека на разработку метода, который впоследствии сыграл ключевую роль для разгадки тайн рибосомы.

В середине XVII века голландский торговец полотном Антони ван Левенгук захотел лучше рассмотреть волокна ткани. Желая изготовить более качественные линзы, он сконструировал самый мощный микроскоп своего времени и был поражен, увидев крошечных существ, которых назвал animacules (дословно «зверушки»), то есть микробов. Вскоре Роберт Гук также воспользовался микроскопом, рассматривая под большим увеличением буквально все, что попадалось под руку, и предложил термин клетка

, которым назвал крошечные ячейки, образующие ткани растений. Идея клетки полностью преобразила биологию. Теперь мы понимаем, что клетка – мельчайшая сущность, способная к самостоятельной жизнедеятельности; вместе клетки могут образовывать ткани и целые организмы. По мере развития микроскопов люди смогли увидеть, что внутри клетки также есть структуры, в частности ядро с хромосомами и разнообразные органеллы. Так возник новый раздел биологии – цитология. Но из чего состоят все эти внутриклеточные органеллы?

Как часть материи клетки и их компоненты состоят из молекул, а молекулы – это группы атомов, объединенных строго определенным образом. Атомная теория вещества настолько важна и разрабатывалась так долго, что Ричард Фейнман сказал о ней: «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными и к грядущим поколениям людей перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это – атомная гипотеза (можете называть ее не гипотезой, а фактом, но это ничего не меняет): “все тела состоят из атомов – маленьких частиц, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому”»[7].

Поразительно, что ученые XVIII и XIX веков, не видевшие молекулы, не только логически догадались об их существовании, но даже распознали их структуру. Они описали не только простые молекулы поваренной соли (где всего два атома), но и более сложные, например сахара, где атомов порядка двадцати.