Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии

Вероятно по примеру Дюбоше, он догадался остудить кристаллы в масле и быстро кидать их в жидкий пропан. Как он и надеялся, структура кристаллов сохранялась. Хотя теперь этот процесс именуют «замораживанием», а кристаллы называют «замороженными», важно помнить, что данный метод является действенным именно потому, что вода не замерзает, а витрифицируется.

Рис. 7.2

. Джоэл Суссман, Феликс Фролов и Хокон Хоп проводят один из первых экспериментов по охлаждению кристаллов в Институте Вейцманна (публикуется с разрешения Джоэла Суссмана)

Хокон побывал в Институте Вейцманна в Израиле и там познакомился с Джоэлом Суссманом, который поинтересовался, может ли Хоп приспособить свой метод для работы с биомолекулами. Хокон вернулся домой и применил свой подход к двум очень мелким белкам. Затем он вновь отправился в Институт Вейцманна и стал работать вместе с Джоэлом и его коллегой Феликсом Фроловым, стараясь сделать этот метод универсальнее. Среди первых кристаллов, с которыми они попытались работать, был кристалл ДНК, исследованием которого занимался студент Джоэла, Леемор Джошуа-Тор. После первых успехов они успешно применили это на нескольких других проектах.

Ада, работавшая в Германии, время от времени возвращалась в свою лабораторию в Институте Вейцманна. В какой-то момент Хокон и другие сотрудники из лаборатории Джоэла убедили Аду попробовать метод охлаждения, чтобы облегчить ей сбор данных о кристаллах рибосом. Поначалу она отнеслась к этому скептически, поскольку для работы с рибосомами требовалось интенсивное рентгеновское излучение из синхротрона, на приборах которого в те времена было нестандартное охлаждающее оборудование. В конце концов Аде и Хокону выделили немного времени, чтобы они могли собрать данные в Стэнфордском синхротронном радиационном центре, расположенном всего в паре часов пути от лаборатории Хокона в Дэвисе. Хокон сложил охлаждающее оборудование себе в машину, поехал в Стэнфорд и сам там все установил. По его свидетельству, первый эксперимент по замораживанию прошел весьма хорошо, ему удалось увидеть красивый дифракционный узор со множеством пятен. Следующие десять с лишним попыток провалились, но он не отступался, пока, наконец, не добился надежного протекания эксперимента. Как только этот метод сработал с кристаллами рибосом, Ада стала пропагандировать такой подход, названный криокристаллографией.

Несмотря на успех, метод был широко воспринят лишь спустя некоторое время, поскольку требовал кропотливого размещения кусочка кристалла длиной не более десятой доли миллиметра между двумя крошечными кварцевыми пластинами, наклеиваемыми на кончик иголочки. В 1990 году Цюй-Йи Тэнь из Корнелла изобрел простую процедуру, в ходе которой кристалл выуживался из капельки при помощи крошечной гибкой петли на кончике иголки, и жидкость держалась в петле под действием поверхностного натяжения.

Рис. 7.3

. Кристалл рибосомной субъединицы 30S, охлажденный в петле. Полосы показывают области, которые были подвергнуты рентгеновскому излучению. Кристалл имеет длину около 0,3 мм и ширину менее 0,1 мм

Упрощение метода обеспечило криокристаллографии всемирное признание. В науке часто бывает, что продемонстрировать выигрышность метода недостаточно, надо еще показать, что он удобен на практике.

Первые кристаллы из субъединицы 50S от H. marismortuii

получились заметно лучше любых добытых ранее. После систематической доработки условий эксперимента Ада с коллегами смогли рассмотреть дифракционные пятна размером до 3 ангстрем. Это было значительно выше порога, позволяющего воссоздать атомную структуру. Когда о результатах было сообщено в Journal of Molecular Biology, мой творческий отпуск только начинался, и я сразу понял, насколько знаковая это статья, и с воодушевлением представлял, что атомная структура большой субъединицы нам поддалась.

С этим контрастировал другой факт: к 1991 году уже несколько лет как были получены кристаллы рибосомных субъединиц и даже целых рибосом, и, пусть они и не давали дифракции со столь высоким разрешением, на их основе все равно можно было построить молекулярные карты, которые позволили бы как минимум в общих чертах сориентироваться в расположении отдельных белков и РНК. Тем не менее таких карт еще не существовало. Я задумался: чем же теперь займется Ада?

Очень скоро я увидел положение дел. Раз в несколько лет крупнейшие исследователи рибосом съезжаются куда-нибудь на общую встречу, чтобы сверить курс текущих работ. Ближайшая подобная встреча планировалась в Берлине сразу после моего отпуска. Повод для нее был печальный: ушел из жизни Виттманн, так много сделавший, чтобы превратить Берлин в мировой центр изучения рибосом. Организовывать конференцию взялся его коллега Кнуд Нирхаус.