Текст книги "Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии"

Глава 6
Возникновение из первозданной дымки

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]13
  Crick; 1968.


[Закрыть]

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.

В начале 1980-х в науке произошло важное событие, спровоцированное двумя учеными: Томом Чеком из Колорадо и Сидни Олтменом из Йеля. Чек искал фермент, отвечающий за реакцию, при которой отрезок РНК может самостоятельно отделяться от более длинного фрагмента. Олтмен, в свою очередь, изучал свойства фермента, способного расщеплять определенные молекулы РНК. Сам этот фермент представлял собой комплекс из белка и РНК, и, к удивлению Олтмена, оказалось, что сама ДНК-составляющая могла выполнять реакцию расщепления. Итак, группы обоих ученых показали, что РНК как таковая может совершать химические реакции. Ферменты, состоящие из РНК, были названы рибозимами, чтобы отличать их от более распространенных белковых ферментов. Хотя реакции с их участием выглядят обособленно, они сыграли колоссальную роль в происхождении жизни.

Возникновение жизни – одна из великих тайн, которые еще хранит природа. Любая жизнь требует энергии и химически подходящей окружающей среды. Некоторые специалисты указывали, что жизнь с точки зрения химии напоминает реакцию около геотермальных источников на дне океана. Но фундаментально жизнь – это не просто набор химических реакций; это механизм хранения и воспроизводства генетической информации, развивающий сложные организмы из более примитивных. Вирус тоже относится к живым существам, хотя многие в этом сомневаются, поскольку для размножения ему необходима клетка-хозяин.

Практически у всех живых организмов генетическая информация передается через ДНК, но сама ДНК инертна и собирается при помощи множества белковых ферментов, для синтеза которых требуется участие не только РНК, но и рибосом.

Чек и Олтмен показали, что РНК способна выступать носителем информации в виде последовательности оснований (как и ДНК), а также обеспечивать химические реакции, как это делают белки. Сегодня известно, что элементарные составляющие РНК можно получить из самых простых химических веществ, которыми Земля богата уже миллиарды лет. Поэтому вполне возможно представить, как жизнь могла зародиться из множества разных молекул РНК, которые потом «научились» самовоспроизводиться. Как только это произошло, эволюция и естественный отбор открыли путь к синтезу более сложных молекул, в конце концов породив нечто столь сложное, как первые рибосомы. В этом состоит идея «мира РНК» – этот термин, предложенный Уолли Гилбертом, прижился и стал популярен.

Возможно, рибосомы зародились в мире РНК и синтезировали белки, которые лучше РНК справились с большинством реакций за счет аминокислот. Таким образом, белки не только взяли на себя большинство функций РНК, но и стали решать новые задачи. Это также объясняет, почему, при всем изобилии РНК в рибосоме, те ферменты, которые реплицируют ДНК или синтезируют РНК на ДНК в качестве матрицы, сейчас полностью состоят из белков. Вероятно, дело в том, что ДНК стала использоваться для хранения генов позже, когда белки в клетке уже преобладали и отвечали за большинство протекающих в ней реакций.

Но это не объясняет, как появились гены. Наиболее правдоподобная версия такова: первые примитивные рибосомы собирали лишь короткие пептидные участки, которые помогали оптимизировать окружавшие их ферменты РНК. Но появление генов, кодирующих инструкции для синтеза белков, позволяющих сшивать аминокислоты в строго определенном порядке, все равно остается необъяснимым прорывом. Поскольку тогда наряду с большой субъединицей должно было возникнуть и множество других элементов: мРНК для передачи генетического кода, тРНК для доставки аминокислот и малая субъединица, которая стала бы служить платформой для связки мРНК и тРНК. До открытия катализа РНК оставалось непонятным, как могла зародиться такая система.

Почему именно РНК, а не ДНК, могла выполнять реакции? Основное отличие между ними заключается в наличии атома кислорода в рибозе (входящей в состав каждого нуклеотида РНК), который позволяет образовывать гидроксильную группу (OH). Теперь нам известно, что OH-группы из различных участков РНК могут связываться друг с другом и таким образом формировать трехмерные структуры наподобие белковых ферментов, образуя «карманы», в которых протекают химические реакции.

После открытий Чека и Олтмена все осознали, что Крик, вероятно, был прав, предполагая, что первобытные рибосомы полностью состояли из РНК. Что же делают современные рибосомы?

Гарри стал искать химические модификации, не дававшие тРНК связываться с рибосомой. На тот момент никто еще даже не секвенировал рибосомную РНК. Вскоре после того как Гарри получил свои первые результаты, Фред Сэнгер из LMB научился секвенировать молекулы так, чтобы в точности определить порядок оснований в любом фрагменте ДНК, и за это получил вторую Нобелевскую премию (он – один из немногих, кто удостоен премии дважды). Тогда Гарри ненадолго вернулся в Кембридж, чтобы научиться секвенировать ДНК. Не пытаясь секвенировать РНК напрямую (эта задача и сегодня остается гораздо сложнее, чем аналогичная работа с ДНК), Гарри воспользовался методами Сэнгера, чтобы определить точную последовательность рибосомных РНК методом секвенирования их генов, расположенных в ДНК. Крупные участки рибосомной РНК из субъединиц 30S и 50S называются соответственно 16S и 23S РНК.

Сравнивания РНК-последовательности от разных видов, Гарри с Карлом Вёзе смогли выяснить их соотношение и принцип получения пар оснований. В рибосомной РНК много сегментов, имеющих форму двойной спирали. Вёзе пришел к выводу, что, кроме бактерий и эукариот, существует третий самостоятельный домен живых организмов – археи. Сегодня считается, что примитивные бактерии скрестились с древними археями и породили первые эукариоты (организмы, в клетках которых есть ядро). Археи, как и бактерии, являются прокариотами, то есть не имеют клеточного ядра. Затем из эукариот развились сложные многоклеточные организмы, в том числе люди.

После того как была отсеквенирована рибосомная РНК, Гарри решил определить место воздействия на молекулу химических агентов, изменявших ее. Он приспособил для этого метод, ранее разработанный для проверки места связи белков с ДНК, который состоял в обработке ДНК химическим реагентом до и после того, как с ней свяжется белок. Белок защищал те участки ДНК, с которыми связывался, и добавление реагента позволяло их измерить. Гарри и его студенты, среди которых следует особо отметить Данеша Моазеда, стали применять этот метод, именуемый футпринтингом, изучая рибосомную РНК. Они определили, какие ее участки связываются с молекулами тРНК и рибосомными белками. Но оставалось неясным, зачем части рибосомы соприкасаются друг с другом.

Футпринтинг с использованием антибиотиков оказался более интересен. Некоторые модифицированные белки обеспечивают резистентность рибосом к антибиотикам, но никому не удавалось «заставить» антибиотики напрямую связываться с рибосомными белками. При помощи футпринтинга Гарри доказал, что каждый антибиотик связывается с конкретным участком рибосомной РНК. Поскольку антибиотики блокируют работу рибосом, очевидно, что у рибосомной РНК должна быть некая важная функция. Так вся дисциплина была переориентирована на определение роли рибосомной РНК.

После длительного забвения рибосомы вновь вызвали интерес. Питер Мур в статье «Рибосома возвращается», опубликованной в Nature в 1988 году, писал: «Мода в биохимии изменчива. Открытие, показавшее, что некоторые РНК действуют как ферменты, оживило интерес к рибосомам, которыми долго пренебрегали»[14]14
  Moor; 1988.


[Закрыть]. Но даже он не мог предположить, каким ярким станет возвращение рибосомы.

В 1992 году, к концу моего творческого отпуска, статья Гарри в Science пользовалась большой популярностью. Он пытался ответить на вопрос, что, кроме РНК-составляющей рибосомы, обладает способностью обеспечивать ключевую биохимическую реакцию синтеза полипептида (объединения двух аминокислот, между которыми образуется пептидная связь). Иными словами, является ли рибосома рибозимом? Он взял субъединицы 50S у бактерий Thermus, обитающих в гейзерах Йеллоустонского национального парка, и обработал их ферментом, переваривающим белки и разделяющим их на фрагменты. Затем он извлек максимум уцелевших белковых фрагментов. Полученные в результате субъединицы почти полностью состояли из РНК, но тем не менее могли поддерживать химическую реакцию.

Статья Гарри подняла большую шумиху в широком научном сообществе, но в целом этот результат не особо удивил тех, кто давно занимался рибосомами. Кроме того, он был не окончательным. Гарри изрядно потрудился, чтобы очистить субъединицу 50S от белков, однако в ней все равно оставалось немало белковых фрагментов, которые могли отвечать за реакцию. Когда Гарри применил иной метод, на этот раз полностью удалив все белки, частицы стали неактивны. Эта процедура не работала с рибосомами от E. coli, а именно с этой бактерией работало большинство специалистов. Сам Гарри исподволь признавал недостатки своей работы, озаглавив статью о ней весьма осторожно: «Необычная резистентность пептидил-трансферазы при процедурах извлечения белков». Несколько лет спустя (в 1998 году) группа японских специалистов, казалось, достигла цели, когда им удалось получить фрагменты чистой рибосомной РНК, способные поддерживать такую реакцию. Но после публикации результатов этого исследования в Science (опять же, с большой помпой) они обнаружили изъяны в своей работе и год спустя отозвали статью.

Было ясно, что по итогам сорокалетнего труда по разгадке секретов рибосомы одними лишь химическими методами ничего не оставалось, кроме как попробовать другие методы. В той самой статье, где Крик предположил, что первые рибосомы могли целиком состоять из РНК, он также отмечал: «Без более полного представления о структуре современных рибосом сложно высказать обоснованное предположение»[15]15
  Crick; 1968.


[Закрыть].

Глава 7
Рубеж преодолен

Кроме статьи Гарри Ноллера из Science, мое внимание в период творческого отпуска привлекла и другая краткая заметка 1991 года: Ада Йонат сообщала, что ей удалось коренным образом улучшить кристаллы большой субъединицы. Впервые кристаллы вышли настолько качественными, чтобы на их основе можно было полностью определить атомную структуру целой рибосомной субъединицы, содержащей сотни тысяч атомов. Рубеж был пройден. Здесь необходимо пояснить, в каком случае кристалл можно считать достаточно качественным.

До сих пор мы опирались на то, что кристаллы образуются из молекул, укладывающихся ровными рядами в трехмерную структуру, именуемую кристаллической решеткой. Если молекула большая и гибкая, как белковая, то при кристаллизации она не примет в решетке ровно такую же ориентацию, что и соседствующие с ней молекулы. Итоговое изображение – это результат совокупного вклада миллионов отдельных молекул, образующих кристалл. Если все молекулы в кристалле расположены по-разному, то вклад каждой из них неясен. Для сравнения: представьте себе, как будут отличаться многократные фотографические экспозиции неподвижного и движущегося объектов.

Рис. 7.1. Дифракция и детализация, фиксируемая при разном разрешении

Качество кристалла зависит не от того, насколько аккуратно он выглядит, а от того, насколько хорошо он рассеивает рентгеновские лучи. Как я упомянул в главе 3, разрешение позволяет судить, насколько близко расположены два участка, которые не наслаиваются друг на друга. На практике о качестве разрешения кристалла можно судить, рассмотрев, насколько велика градусная мера угла, на которую распространяются в стороны от входящего пучка пятна рентгеновской дифракции.

Плохой кристалл дает всего несколько дифракционных пятен по бокам от основного рентгеновского пучка, позволяющих составить лишь общие представления о его форме. В более качественных кристаллах, обеспечивающих разрешение 5–7 ангстрем, можно рассмотреть некоторые черты белков (одноцепочечные альфа-спирали в виде трубочек), ДНК и РНК (бороздки в спиралях). В кристаллах с хорошей дифракцией пятна видны под очень широкими углами, вплоть до теоретического предела, связанного с длиной волны рентгеновского излучения. (Как вы помните, невозможно рассмотреть детали, удаленные друг от друга менее чем на половину длины волны.) На данном пределе у простых молекул, например солей, просматриваются отдельные атомы, напоминающие шарики. Но для белков практически никогда не удается достичь разрешения в 1 ангстрем, возможного для молекул. А по мере того как молекулы становятся все крупнее и гибче, они редко приобретают при кристаллизации форму, обеспечивающую высокое разрешение при дифракции: чем больше угол охвата, тем более размытыми становятся дифракционные пятна, пока, наконец, совсем не исчезают. Соответственно, чем больше угол, в рамках которого просматриваются дифракционные пятна, тем выше разрешение структуры. В среде специалистов принято говорить и о разрешении кристалла, и даже о разрешении конкретного дифракционного пятна.

Имея разрешение выше 3,5 ангстрем, можно определить атомную структуру, поскольку на данном уровне начинают просматриваться характерные черты аминокислот и оснований. Аминокислоты, входящие в состав белков, отличаются по форме: бывают большие и плоские, длинные и тонкие или обрубленные. Если знать порядок, в котором они должны идти, можно составить белковую цепочку, ориентируясь на контуры аминокислот, словно вы собираете большой трехмерный пазл. Аналогично, в ДНК и РНК, основания Т (U) и С – маленькие, а основания А и G – большие. Химическую структуру молекул на таких картах можно воссоздать с точностью до атомов, но при сборке возможны ошибки, поскольку у нас нет правильного ответа – полной картины, которую размещают на коробочке с пазлом.

Итак, есть пороговое значение примерно в 3,5 ангстрем. Если добиться более высокого разрешения, вы, вероятно, сможете разгадать атомную структуру, а при разрешении ниже 4 ангстрем это будет непросто, если только вы уже не представляете в общих чертах, как именно выглядит молекула.

Первые кристаллы рибосом были ужасного качества и практически не давали дифракционных пятен. Но Аду Йонат это не смущало. Вместе со своим давним коллегой Франсуа Франчески, который курировал опыты по кристаллизации в Берлинском институте, она настойчиво продолжала синтезировать все более качественные кристаллы. Кроме того, Ада вела исследования у себя в лаборатории в Институте Вейцманна в Израиле. На тот момент израильские ученые открывали новые виды животных, чтобы точнее охарактеризовать локальное биоразнообразие. В частности, они обнаружили микроорганизм под названием Haloarcula marismortuii. Эта бактерия существует в суровых условиях экстремально соленого Мертвого моря, то есть является экстремофилом. Позже выяснилось, что Haloarcula – не бактерия, а архея и по сложности рибосом занимает промежуточное положение между бактериями и эукариотами. Ада подумала, что стоит кристаллизовать рибосомы этого организма. Большие субъединицы из них действительно кристаллизовались качественнее, чем какие-либо другие, но их атомную структуру Ада смогла разгадать только после многократного регулирования условий выращивания кристаллов.

Вместе с тем существовала проблема снятия данных. Как правило, кристалл вращают, подставляя его под пучок рентгеновских лучей, чтобы сделать серию снимков и измерить рассеянные рентгеновские лучи в детекторе. При любой ориентации кристалла некоторые его плоскости будут удовлетворять закону Брэгга и давать дифракционные пятна в определенных направлениях. Собрав все возможные пятна, вы получите данные для вычисления структуры кристалла.

Работать с кристаллами рибосом было особенно сложно, поскольку дифракционные пятна от них были слабыми. Дело в том, что выраженность пятен зависит от количества молекул (пятно – результат общего вклада лучей, рассеянных от молекул), каковых в рибосомах больше, чем в типичных белках. Чтобы рассмотреть кристалл целиком, требовалось надолго подставить его под интенсивный пучок рентгеновских лучей, вызывающий в молекулах изменения их внутренней структуры и позиции, а также впускающий в структуру свободные радикалы. След рентгеновского луча на крупном кристалле имеет особый оттенок, дифракционные пятна под большим углом тускнеют и исчезают, пока идет облучение.

Кристаллографы говорят, что кристалл «погибает» в рентгеновских лучах. При работе с маленькими белковыми молекулами можно собрать достаточную информацию с одного кристалла, либо, если он стал «погибать», переходить к новым кристаллам, пока все интересующие данные не будут собраны. В случае с кристаллом рибосомы не удается собрать воедино даже первую дифракционную картину: еще до завершения подготовки первого снимка некоторые пятна уже могут исчезнуть.

Наконец ученые догадались, что, если охлаждать кристаллы, то удастся замедлить диффузию свободных радикалов, возникающих под действием рентгеновских лучей, и снизить ущерб. Первые реальные доказательства о работоспособности такого механизма дали Дэвид Хаас, на тот момент – постдок в Институте Вейцманна в Израиле, и Майкл Россманн из Университета Пердью. Как и многие представители своего поколения, Россманн начал карьеру в LMB, работая у Макса Перуца над изучением первых структур гемоглобина. Сегодня он светило науки. Ему уже за восемьдесят, но он успешно руководит группой и ведет столь активный образ жизни, что, говорят, до сих пор поднимается в горы быстрее своих пост-доков и студентов. Хаас и Россманн решили остудить кристаллы фермента до –75 °C и обратили внимание, что дифракционные пятна от них стали исчезать значительно медленнее. Но кристаллы, наполовину состоящие из воды и выглядящие правильными, на деле оказываются дряблыми, как медуза, или рассыпчатыми, как сыр. Белковые молекулы имеют неправильную форму, между ними мало точек соприкосновения и много водных «проток», которые при сильной заморозке превращаются в лед и распирают кристалл. Грег Пецко, на тот момент работавший в MIT, заменил водный раствор в кристаллах своеобразным антифризом.

По каким-то причинам эти методы еще долго не могли закрепиться – возможно, потому, что плохо поддавались обобщению. Первыми на них обратили внимание специалисты по электронной микроскопии, чьи препараты также подвергались электронному облучению. Жак Дюбоше, работавший в Европейской молекулярно-биологической лаборатории (EMBL) в Гейдельберге, обнаружил, что, если быстро бросать образцы в жидкий этан, вода не успевает превращаться в лед. Она витрифицировалась (становилась похожей на стекло), сохраняя биомолекулы в естественном состоянии.

Тем временем норвежец Хокон Хоп, работавший в Калифорнийском университете в Дэвисе, занимался сбором данных на материале нескольких мелких органических молекул, легко окислявшихся при комнатной температуре.

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.

Белок S5, который я расшифровал в период отпуска, был крошечным фрагментом рибосомы, но являлся первой рибосомной атомной структурой, выстроенной за последние несколько лет. Я никогда ранее не бывал на таких собраниях, но Стив Уайт великодушно позволил мне рассказать об этой работе. Почти ничего с той встречи не помню; складывалось впечатление, что крупных достижений в исследовании структуры целой рибосомы там не упоминалось – таких, о которых я бы еще не читал.

Возвращение в Брукхейвен меня разочаровало. После года, проведенного в LMB, контраст казался разительным. В некоторых отношениях Брукхейвен до странности напоминал LMB: ученые работали небольшими командами и ставили опыты самостоятельно, а не управляли сотрудниками; кроме того, работа стабильно финансировалась Министерством энергетики. Но бюрократы из министерства едва ли сочувствовали такой «мелкой» науке, не сулившей никаких реальных прорывов в биологии. Те немногие ученые, что работали в министерстве, как правило, специализировались в физике и расценивали государственные лаборатории как площадки для крупных агрегатов – скажем, реакторов или ускорителей частиц. В результате приходилось наблюдать, как биологическому отделу, где делалась первоклассная наука, понемногу перекрывали финансирование, и туда становилось все сложнее привлекать яркие молодые кадры, без которых любой институт теряет жизнеспособность.

Через несколько месяцев после возвращения я предложил Ричарду Хендерсону, на тот момент возглавлявшему в LMB отдел структурных исследований, свою кандидатуру для работы под его началом. Он ответил, что всем им понравилось иметь со мной дело, но у них пока нет для меня открытых вакансий. Я счел это вежливым отказом.

Примерно в то самое время Уэс Сундквист, вместе с которым мы работали за одним столом в кембриджской лаборатории, пригласил меня в Солт-Лейк-Сити, где он только что поступил в коллектив преподавателей Университета Юты. Там собралась пестрая компания молодых сотрудников-энтузиастов и известных маститых ветеранов. Сам университет находился в живописной местности среди гор. Поэтому, когда он спросил, интересует ли меня штатная позиция в этом университете, я просто загорелся.

В тот самый период открылись еще две вакансии, но, учитывая коллектив, расположение и хорошее жалованье, я склонялся к Юте. Тогда и ожили все мои страхи о финансировании. В Брукхейвене, даже если не удавалось обзавестись внешними грантами, тебе платили зарплату и выделяли средства на научную работу, к которой можно было привлечь одного-двух лаборантов. В университете ты полностью зависел от федеральных грантов, и мне просто кошмары снились о том, что будет, если я их потеряю и моя карьера покатится под откос. Поэтому я сообщил Дане Кэрроллу, руководителю из Юты, отнесшемуся ко мне исключительно тепло и приветливо, что сожалею, но все-таки в Юту не приеду. Его это не обрадовало.