Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии

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.

Тогда многие ученые сосредоточились на исследовании белков, но нашлись и такие, которых интересовала именно рибосомная РНК. Например Гарри Ноллер, которого я в шутку называл Мудрецом из Санта-Круса. Гарри носил длинную бороду, одевался обычно в джинсы и футболку и мог сойти по манерам за благодушного калифорнийского хиппи. Еще он увлекался мотоциклами и винтажными «феррари» (даже свои компьютеры он называл в честь итальянских гонщиков). Харизма и ирония Ноллера гарантировали ему обожание со стороны молодых ученых – так, на некоторых собраниях они стайкой окружали его, как фанаты рок-звезду. Но под всей этой мишурой он был серьезным и исключительно амбициозным человеком, напористо изучавшим рибосомы.

Уроженец Калифорнии, он получил высшее образование в Беркли, после чего отправился писать докторскую диссертацию по химии белков в Орегон. Затем стал постдоком в LMB. Там под руководством Иуана Харриса он занимался исследованием одного белка, участвующего в расщеплении глюкозы. В автобиографическом эссе он повествует, как его слегка испугала одна ситуация на вечеринке в некоем кембриджском колледже, когда к нему подошел Сидни Бреннер и поинтересовался, кто он такой и что здесь делает. Узнав, что Гарри работает над глицеральдегидфосфатдегидрогеназой, Бреннер заявил: «Это же ерунда! Если вы – биохимик по белкам, почему вы не занимаетесь чем-нибудь интересным

, например рибосомами?» При этом сам Бреннер не считал рибосомы чем-то настолько важным, чтобы самостоятельно изучать их в LMB.

Поначалу Гарри был просто сокрушен такой уничижительной оценкой. Но ему хватило смелости признать правоту Бреннера и покинуть Кембридж, чтобы отправиться в Женеву и работать там с Альфредом Тиссьером. Там он ненадолго пересекся с Питером Муром, который совершал точно такой же европейский вояж, но в противоположном направлении: сначала попал в Женеву, а потом оказался в Кембридже. Питер сказал, что Гарри взяли на работу в Женеву благодаря опыту в работе с белками, чтобы он помог их очистить и охарактеризовать.

Когда Гарри вернулся в Калифорнию и взялся за руководство собственной лабораторией в Санта-Крусе, он поставил ключевой эксперимент, изменивший весь ход его жизни. Он и его студент Джонатан Чейрз продемонстрировали, что если изменить рибосомную РНК в малой субъединице при помощи вещества под названием кетоксал, то она перестанет связываться с тРНК. Это был первый признак, что рибосомная РНК на самом деле может выполнять некую важную функцию. Многие ученые расценили прорыв как просто любопытный факт, но Гарри довел это исследование до конца.