Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии

Оказалось, что прок будет практически от любого из соединений, в которых Бил выдерживал кристаллы 30S. Семнадцатиатомный вольфрамовый кластер единственный давал достаточно сильные сигналы, просматривавшиеся на картах Паттерсона как отчетливые пики. Однако все остальные соединения также хорошо связывались с субъединицей 30S.

Когда сигнал слабее, можно прибегнуть к программам, позволяющим отыскивать тяжелые атомы почти автоматически. К ним относится программа SOLVE, которую написал Том Тервиллигер – один из тех немногих блестящих кристаллографов-программистов, которые пишут софт, а затем отдают его в общее пользование. Жизнерадостный парень с отличным чувством юмора, он работал в Национальной лаборатории Лос-Аламоса, а его жена служила егерем в Национальном лесном заказнике Санта-Фе неподалеку. Я пользовался его программой, сравнивая различные способы расшифровки структур методом MAD. Его программа была не хуже других, и пользоваться ею было гораздо проще. Том написал SOLVE, стараясь автоматизировать не только нахождение производных с тяжелыми атомами, но и их использование для расчета фаз и построения плотностных карт по данным электронного микроскопа, то есть объемных изображений.

К тому времени, когда я обосновался в Кембриджской лаборатории, Брайан обнаружил, что SOLVE находит пики, соответствующие позициям тяжелых атомов, для любого соединения, в котором Бил выдерживал кристаллы 30S, включая все другие кластеры и разные лантаноиды и гексааммин осмия.

Изначально программа выявляла только самые выраженные пики, но, комбинируя данные, мы постепенно смогли нащупать и более слабые. Такое комбинирование оказалось не слишком простым делом. При соединении кристалла с тяжелым атомом видоизменяется форма кристалла – он теряет изоморфность, а значит, субъединицы 30S слегка меняются. Поэтому не удавалось просто скомбинировать 15–20 множеств данных, взятых от разных кристаллов, – требовалось собрать такую комбинацию, которая давала бы наилучшие карты. Работать над этим в LMB, располагая ее многочисленными компьютерами, было особенно удобно, так как здесь я мог параллельно пробовать множество комбинаций и сравнивать карты.

Еще один странный выигрыш от переезда заключался в разнице часовых поясов. Я мог запустить ряд вычислительных задач, а под вечер отослать результаты их выполнения в Юту по электронной почте (В Юте было на семь часов меньше.) Брайан и Бил рассматривали карты во время их рабочего дня и сообщали мне, какие варианты работают, а какие – нет. Поэтому, приходя на работу следующим утром, я уже читал их сообщения. Наша команда работала почти круглосуточно.

Постепенно у нас перед глазами вырисовывалась молекула. Поначалу мы наблюдали лишь ее самые общие очертания, места ее расположения и соприкосновения с соседними молекулами в кристаллической решетке. Затем мы стали нащупывать все более детальные контуры. По мере совершенствования карт нам удавалось находить еще менее выраженные сигналы, даже такие, которые не позволяла автоматически выявить SOLVE – и, когда мы добавляли их в вычисления, карты получались еще лучше.

Примерно через месяц после моего прибытия в Кембридж нам удалось выстроить длинную двойную спираль РНК, шедшую прямо по поверхности субъединицы 30S. Я редко зарабатывался настолько допоздна, а в тот вечер выскочил из видеографической аппаратной LMB и обнаружил Ричарда Хендерсона, известного своей привычкой работать глубокой ночью. Он согласился, что контуры похожи на двойную спираль. Разволновавшись, я отправил снимок в Юту. И захотел оказаться там, когда они его увидят.

Брайан очень быстро нашел на карте характерные очертания 30S. Затем он обнаружил множество других участков РНК, закрученных в двойную спираль. Мы знали, что РНК в 30S образует около 40 спиралей, хотя некоторые из них были весьма короткими, в отличие от h44, которую мы заметили первой. Спирали РНК относятся к A-форме (ее впервые заметила Розалинда Франклин), а для ДНК более распространена B-форма. Бил увидел узкую глубокую большую и широкую мелкую малую бороздки, характерные для спиралей A-формы. Наша стратегия работала даже лучше, чем мы рассчитывали.

 Рис. 11.1. Волнующий момент: здесь четко просматривается двойная спираль РНК с небольшими выпуклостями; это фосфатные группы на каждой из нитей