Венки Рамакришнан - Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии

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.

Джонатан понял, что новые методы секвенирования позволяют приоткрыть клетку, вынуть оттуда всю РНК и разобрать на фрагменты, накрытые разными рибосомами, амплифицировать их и секвенировать. Тогда можно получить «снимок», демонстрирующий, что делает рибосома в каждый момент времени во всех уголках клетки. Такая техника, именуемая профилированием рибосомы, привела ученых к всевозможным неожиданным находкам. Удалось рассмотреть, где рибосомы приостанавливаются на фрагменте мРНК, где собираются в кучу, а где рибосом меньше, чем предполагалось. Также можно проследить, какие мРНК транслируются больше, а какие меньше на различных отрезках жизненного цикла клетки. Стало возможно конкретизировать вопросы о том, что синтезируют белки в клетке в каждый момент времени и даже в каких количествах. Этот метод оказал огромное влияние на наши представления о работе рибосом.

Кроме того, неясно, как клетка регулирует рибосомы и как вирусы «взламывают» их для трансляции собственных генов. В клетках заложены методы остановки тех процессов, которые могут пойти неправильно: контроль качества с участием рибосом. Сегодня известно, что контроль трансляции связан с самыми разными процессами, от развития рака до работы памяти, и некоторые аспекты такого контроля выполняются специализированными рибосомами (хотя к кристаллизации рибосом приступали, предполагая, что все они идентичны). Наконец, ученые пользуются новыми мощными инструментами, чтобы понять, как в клетке рибосома собирается из составляющих и как регулируется сборка.

Какое-то время рибосому считали исключительным реликтом, уцелевшим после перехода от мира РНК к нашему миру, определяющую роль в котором играют белки. Ко всеобщему удивлению, только в последние двадцать лет удалось открыть, что в клетке содержится множество молекул РНК, о самом существовании которых ранее даже не подозревали. Самые мелкие из них, названные микроРНК, управляют включением и отключением генов. Иногда они воздействуют на мРНК, не давая рибосоме правильно начать проходить по ней, или помогают быстрее расщеплять мРНК. В некоторых случаях они непосредственно управляют экспрессией определенных генов, регулируя, сколько мРНК может быть выстроено из ДНК. Также существуют более крупные молекулы РНК, которые вообще не кодируют белков, и считается, что как минимум часть из них также управляет генами. Так что мир РНК никуда, в сущности, не исчез – он просто развился в мир, где РНК действует в союзе с белками, обеспечивая жизненно важные процессы. Поскольку эти совершенно новые типы РНК никто даже не ожидал найти, в биологии РНК произошел настоящий взрыв.

Как практически всегда бывает в науке, структура рибосомы просто помогла перенести интересующие нас вопросы на новый уровень. Четко видя перед собой цель, мы думаем, что стремимся к вершине. Но вершины нет. Оказавшись у цели, мы видим, что просто забрались в предгорья, а перед нами открываются бесконечные гряды гор, которые еще только предстоит покорить.

Несмотря на то что я стремился уделять основное внимание науке, жизнь после получения премии изменилась, и не во всем к лучшему. Вдруг меня открыли. Меня стали приглашать на радио и телевидение, чтобы я говорил на разные темы, хотя бы отдаленно связанные с наукой. Меня хотели видеть на конференциях, темы которых были почти не связаны со сферой моих научных интересов. Множество университетов пытались предложить мне почетные степени (я отказал всем, кроме Университета Барода в штате Юта и Кембриджа, где учился или работал), научные общества и академии неожиданно избирали меня в число своих членов.

Несмотря на мои комментарии в индийской прессе о том, что национальность достается случайно, и на просьбы оставить меня в покое, Индия решила присудить мне одну из высочайших государственных гражданских наград. Я не большой сторонник этнической и националистической гордости (мне кажется, это всего лишь оборотная сторона расизма и ксенофобии). Кроме того, я вообще не занимаюсь политическим самосознанием. Когда я взрослел, среди моих кумиров были не только индийцы, в частности математик Сриниваса Рамануджан или астрофизик Субраманьян Чандрасекар, но и Ричард Фейнман – еврей из нью-йоркского района Куинс, и Мария Кюри – полька, работавшая во Франции. Я черпал вдохновение, просто читая об их жизни и работе, и не мечтал о селфи с ними. Но я понимаю, почему ненамеренно сам стал источником вдохновения и надежды для индусов. Все благодаря голым фактам: я вырос там, учился в университете родного штата, а затем на весь мир продемонстрировал, что для достижения успеха не обязательно начинать путь с элитных университетов Запада.

Несколько позже, в 2011 году, Великобритания решила присудить мне почетный рыцарский титул, которым там награждают иностранцев, но обнаружив, что в том самом январе я стал британским гражданином, меня решили удостоить обычного рыцарского звания – отныне я мог добавлять титул «сэр» к своему имени. Многие великие ученые, работавшие в LMB, отказались от подобного предложения, поэтому я испытывал противоречивые чувства, раздумывая, принять ли его. Однако Вера сказала, что одно дело, когда такой титул отклоняют уроженцы Британии; я же – гость в этой стране, и с моей стороны такой отказ был бы неучтив. Также наблюдая в 2011 году антииммигрантское и ксенофобское напряжение в некоторых слоях общества, я подумал, что было бы хорошо показать: иммигранты приезжают в страну, чтобы прославить ее, и с благодарностью принял награду.