Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии

В то время заморозка происходила так: Бил надевал куртку, заходил в камеру, настраивал все оборудование, включал стереосистему, засовывал туда диск Джонни Кэша и в течение следующих нескольких часов практически без перерыва вручную выуживал каждый кристалл специальной петелькой на кончике булавки, закрепленной на намагниченном металлическом основании, после чего быстро кидал эти кристаллы в жидкий азот и размещал их в пробирках. Обычно ему помогал Роб. После сеанса такой работы у них получались десятки пробирок с жидким азотом, и в каждой – кристалл в петле. Далее пробирки по четыре-пять штук вставлялись в металлические трубки и хранились в сосуде Дьюара (вакуумной емкости) с жидким азотом, дожидаясь отправки на синхротрон. Хотя все было сделано в основном одним человеком, Билом, процесс, вероятно, был слишком переменным.

Когда о нашей проблеме узнал мой коллега Фил Эванс, он показал мне один прибор, действовавший как гильотинка. Кристалл извлекается из капли, затем вся сборка (петелька с кристаллом направлена вниз) прикрепляется к верхушке гильотинки, под которой располагается маленькая емкость с жидким азотом, нажимается педаль – и гильотинка срывается. Так все кристаллы падают в жидкий азот не только с одинаковой скоростью, но и всегда совершенно вертикально.

Бил согласился, что это, возможно, решит наши проблемы, и со своим обычным энтузиазмом ко всему новому взял пару сотен самых лучших кристаллов (на выращивание которых ушло примерно два месяца), выдержал их в различных соединениях с тяжелыми атомами и заморозил все эти образцы с применением гильотинки.

В выходные Бил с командой взяли кристаллы на синхротрон в Дарсбери. Утром в воскресенье Бил мне позвонил: «Знаете, босс (он всегда так шутливо обращался ко мне), нехорошая была затея эта Французская революция». Я его не понял. Оказалось, что гильотинку никогда не использовали при замораживании кристаллов. Этот прибор на самом деле предназначался для погружения сеток при электронной микроскопии. Поэтому, как только Бил пытался заморозить кристалл, гильотинка падала и застревала с глухим звуком, а кристалл вылетал из петельки и навеки исчезал в емкости с жидким азотом. Практически все петельки, которые он осмотрел, пустовали – кроме одной, в которой кристалл успел замерзнуть в форме среднего пальца.

Так мы оказались отброшены минимум на два месяца назад в разгар бескомпромиссной гонки, потому что ни Билу, ни мне не пришло в голову проверить гильотинку на паре кристаллов, прежде чем пускать в дело все имевшиеся. Остаток выходных я провел в состоянии шока. Но ничего не оставалось, кроме как заново синтезировать субъединицы 30S и кристаллизовать их.

Работая над новыми кристаллами, я обдумывал нашу стратегию получения фаз на основе аномального рассеяния от особых атомов (в частности осмия), которые давали небольшие отличия в интенсивности симметричных пятен, называемых парами Фриделя. Для определения структуры требовалось с высокой точностью измерять эти отличия. Если собирать данные с кристаллов, которые не выстраиваются в идеальной симметрии относительно пучка, то два пятна в паре придется измерять в разные моменты времени, нанося кристаллам ущерб. Поскольку кристаллы находятся в пучке очень недолго, два пятна можно измерить по разным кристаллам, однако их отличия по форме и размеру тоже нужно будет учесть. В любом случае ошибки могут значительно превышать те небольшие отличия, которые мы измеряем.

Чтобы обойти эту проблему, можно было попытаться расположить кристаллы точно по осям симметрии; так что дифракционная картина выглядела бы симметрично, картина на левой части была бы зеркальным отображением правой части. Измеряя пятна попарно, можно избавиться от множества ошибок.

При работе с петелькой важно хотя бы удержать ею кристалл. О контроле его направления и положения в ней даже речи нет. Есть приборы, которые позволяют центрировать кристалл относительно пучка, но не существует способа установить кристалл так, чтобы дифракционные пятна стали симметричными. Но если у вас есть рентгенографический прибор, вращающий по разным осям всю сборку, где в петельке сидит кристалл, а петелька закреплена на металлической основе, то можно сделать несколько тестовых снимков, по которым удастся в точности определить ориентацию кристалла относительно аппарата. Затем можно использовать двигатели, управляющие различными осями аппарата, чтобы ровно расположить кристалл по оси пучка. Для этой цели мы пользовались в Брукхейвене специальным прибором – каппа-гониометром. В Гренобле его не было.