Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии

Визит в Кембридж не походил ни на одно собеседование, в котором мне доводилось участвовать. Во-первых, речь о приеме на работу не шла. Во-вторых, там никогда не обсуждали ни одной из таких типичных вещей, как рабочее место, оборудование или, боже упаси, зарплата. Я просто рассказал о структурах тех разнообразных рибосомных белков, которые нам удалось расшифровать. Затем целый вечер мы откровенно обсуждали рибосомы с Ричардом и Тони Кроузером, который тоже был прославленным специалистом по электронной микроскопии и стал созаведующим Отдела структурных исследований. Мы поговорили о том, кто чем занимается, почему в этой нише застой, сложности какого рода мне могут встретиться и как, на мой взгляд, нужно картировать 30S. Подобный свободный интеллектуальный обмен мнениями был нетипичен для собеседования. «Давайте будем на связи», – был их вердикт. Несмотря на такой уклончивый ответ, я отправился в Швецию с ощущением, что изложенная мною идея не безумна.

Многие научные встречи проводятся в отдаленных местечках, чтобы люди действительно занимались наукой, а не отвлекались на шопинг или осмотр достопримечательностей. Таковой была старомодная деревушка Телльберг на берегах озера Сильян в Даларне, к северу от Стокгольма. Андерс Лильяс там вырос и знал уютный курортный отель, подходивший для проведения конференций с сотней участников. Крупный веселый Андерс с манерами космополита все равно оставался привязан к своему традиционному провинциальному воспитанию (выйдя на пенсию, он вернулся в фамильный дом в Телльберге). Андерса знали практически все, кто занимался изучением рибосом. Его сила была в том, что он стремился видеть в людях самое лучшее и хотел, чтобы они отвечали ему тем же. Однако в ближайшие десять лет его дипломатический талант ожидала суровая проверка.

Мне впервые предстояло услышать рассказ Питера о том, что йельская группа собирается делать со своими кристаллами: данные какого рода у них уже были и как они собирались получать фазы, критически важные для определения структуры. При работе с обычными белками хватало всего одного тяжелого атома, чтобы дать сигнал, хорошо различимый на картах Паттерсона и содержащий пиковые значения, соответствующие расстояниям между различными тяжелыми атомами в элементарной ячейке кристалла. Но чем крупнее молекула, тем незначительнее становится сигнал от тяжелого атома на фоне всего белка. Поэтому, приступая к работе со сравнительно крупными молекулами, ученые пытались использовать кластеры тяжелых атомов – это небольшие неорганические молекулы, содержащие несколько расположенных вплотную друг к другу атомов тяжелого металла, как правило тантала или вольфрама. При низком разрешении несколько атомов такого кластера действуют на снимке как единый «сверхтяжелый» атом, давая сильный сигнал. Такие кластеры уже использовались, например, для расшифровки строения ядра нуклеосомной частицы или крупного фермента рубиско, играющего ключевую роль в связывании углерода растениями. Но субъединица 50S гораздо крупнее любой из этих молекул, и к ней Ада планировала применить большие вольфрамовые кластеры, содержащие до тридцати атомов.

Из выступлений Ады в Виктории и Сиэтле явно не следовало, что в ее кристаллах удалось связать кластер тяжелых атомов с рибосомными субъединицами. Но такое свидетельство появилось в Телльберге в докладе Питера: на его картах Паттерсона четко просматривался гигантский сферический сгусток.

Этот результат требовалось подтвердить с помощью независимого метода. Питера явно впечатлили карты рибосомы, сделанные Иоахимом Франком через электронный микроскоп, и он думал взять их за образец для анализа данных кристаллов 50S. Этот метод «молекулярное замещение» заключается в измерении интенсивности пятен по рентгенографическим данным. Однако без сведений о фазе не удастся восстановить объемную структуру молекулы. Вспоминая метод с тяжелыми атомами, изобретенный Максом Перуцем с коллегами для получения фаз, предположим, что найдется некая «тестовая» молекула с известной структурой, которая уложится в кристалле и позволит вычислить дифракционный узор. Можно постепенно складывать ее фазы со значениями интенсивности и приближаться к правильной структуре. Некоторые ученые, например Стив Харрисон, ранее пользовались объемными изображениями с электронного микроскопа в качестве отправной точки при расшифровке структур некоторых вирусов.

На встрече Питер показал, как его группе удалось использовать одну из карт Иоахима и определить положение субъединицы 50S в кристаллах. Приблизительные фазы из этого опыта позволили спрогнозировать пик, уже виденный на картах Паттерсона. Получившаяся в результате рентгенографической обработки карта 50S имела низкое разрешение, но выглядела узнаваемо. То есть стратегия действовала.