Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии - [76]

Структуры похожи на статичные снимки конкретных состояний молекулы. Фильм о рибосоме представляет собой набор таких снимков, которые позволяют лишь предполагать, как рибосома переходит из одного состояния в другое, ничего не говоря о том, как быстро протекают такие переходы и есть ли между этими снимками какие-то промежуточные состояния, которые мы просто не смогли зафиксировать.

Применение физики отдельных молекул при работе с рибосомами стало потрясающим новым способом изучения этих переходов. Прикрепляя флуоресцентные молекулы к различным участкам рибосомы или тРНК, мы смогли методом флуоресцентного резонансного переноса энергии (FRET) измерить, насколько подсвеченные молекулы сместились относительно друг друга. Данный метод подходит также для элементов рибосомы, поэтому можно увидеть, как они движутся на определенных этапах.

Впервые применять его к отдельным рибосомам стал Джоди Пульизи, работавший в Стэнфорде вместе со Стивом Чу. Я знал Джоди по конференциям как удивительно симпатичного человека, напоминающего звезд старого итальянского кино 1920-30-х годов. Он отличался специфическим юмором и во время лекции мог сидеть где-нибудь на галерке, делая вид, что почти не слушает, а потом поднять руку и задать один вопрос, который сразу вскрывал самое слабое место в выкладках. Он исследовал фрагменты рибосомной РНК и мелкие белки, связывающиеся с рибосомой, но после того как структура рибосомы стала известна, быстро осознал, что специализацию нужно менять.

К тому моменту они со Стивом Чу уже начали работать над применением физики отдельных молекул в исследованиях рибосомы. Я узнал об их исследованиях, находясь в Стэнфорде в 2000 году – сразу после того, как мы расшифровали структуру 30S. Когда едешь в американский университет читать лекцию, это всегда напоминает собеседование. По прибытии тебе выдают расписание со списком сотрудников, с которыми ты должен встретиться, прежде чем сможешь выступить. Интересно говорить с людьми, работающими в разных дисциплинах, узнавать об их работе, но, когда вы испытываете джетлаг после длительного путешествия, день может стать изнурительным. Я не знал Стива Чу и не подозревал о его интересе к биологии, поэтому удивился, что у меня в расписании – известный физик. Быстро навел о нем справки и узнал, что он выполнил некоторую работу по фолдингу РНК. Когда Скотт Бланшар, ныне ведущий практикующий специалист по данному методу, а тогда – аспирант Джоди, проводил меня к нему в кабинет, Стив явно уже забыл, что нам назначена встреча. Он поприветствовал меня растерянным взглядом, усадил и спросил, о чем я хотел бы поговорить. Я подумал, что это немного странно, но сказал, что о фолдинге. Он сделал паузу и сказал: «Давайте начистоту. Вы – постдок, приехали сюда на собеседование к Дэну Хершлагу, так?» Его коллега Дэн был специалистом по физической химии и работал над РНК. Я даже не знал, то ли мне воодушевиться, что я до сих пор так молодо выгляжу, то ли обидеться, что он не только не слышал о нашей структуре 30S, но и вообще меня не знал! Это был один из редких случаев, когда меня резко спускали с небес на землю.

Джоди и Стив, работая со своими учениками, такими как Скотт Бланшар и с Рубен Гонсалес, стали первыми применять такой метод для изучения функций рибосом. Сегодня этот метод помогает детально определять время поступления и длительность работы различных факторов в рибосоме.

Второй физический метод был еще интереснее. Физики выяснили, как удерживать отдельные молекулы в поле и воздействовать на них. Таким образом можно было, например, вытащить мРНК или растущую цепочку и измерить силу воздействия рибосомы во время транслокации от одного кодона к другому. Одним из лидеров в этой области является Карлос Бустаманте из Университета Беркли, который работал в тандеме с Начо Тиноко и Гарри Ноллером.

Итак, структуры изучались старыми и новыми методами, и все это помогало понять работу рибосомы как молекулярной машины. Но кроме того оставалось еще множество вопросов. Иногда клеткам нужно в изобилии производить конкретный белок. Иногда синтез белка нужно остановить. Что именно делают рибосомы в клетке в каждый момент времени и как клетка управляет их работой?

Новый метод, позволяющий подступиться к этим вопросам, был заложен давным-давно, когда Джоан Стейц показала: если избавиться от всей мРНК с рибонуклеазой – ферментом, расщепляющим РНК, – останется фрагмент, прикрытый рибосомой таким образом, что убрать его вы не сможете. Именно к этому фрагменту РНК, очевидно, и прикрепляется рибосома. В начале 1970-х путей к продолжению этого исследования еще не было. Почти тридцать лет спустя открытие Джоан удалось использовать новым революционным способом благодаря Джонатану Вейсману. Его можно дважды назвать ученым во втором поколении: его родители были преподавателями в Йеле, но позже его мать Мирна, ставшая профессором в Колумбийском университете, вышла за Маршалла Ниренберга, участвовавшего в расшифровке человеческого генома. В довершение всего Джонатан рассказал мне, что однажды, будучи еще студентом, выполнял проект в лаборатории Питера Мура, то есть занялся молекулярной биологией, еще когда был совсем молод.