Мы с помощью Боба Датнолла на хроматографической колонке очистили субъединицы 30S, в частности от ферментов-рибонуклеаз и протеаз, которые могли повредить рибосому, разлагая ее РНК или белок. Это было важно по двум причинам: в таком состоянии субъединицы 30S могли неделями покоиться в капельках, причем в процессе удалялся рибосомный белок S1, связанный с рибосомой слабее, чем остальные белки. В результате у нас получались очень чистые образцы 30S.

Сначала мы решили проверить (опираясь на имеющиеся знания), достаточно ли хороши субъединицы, чтобы вообще кристаллизоваться. Мы стали добавлять белки, чьи структуры уже были расшифрованы, и постепенно выстроили модель субъединицы из кусочков. За пару месяцев мы воспроизвели исходные кристаллы советской группы. Сначала они получились мелкими, а некоторые первичные тесты показали, что при дифракции они дают картинку с очень низким разрешением, хуже, чем самые качественные образцы, полученные к тому моменту. Но постепенно кристаллы становились крупнее.

Как раз в то время нас со Стивом Уайтом пригласили в Швецию на собрание по структурным аспектам синтеза белков – то есть по структурам всех веществ, связанных с рибосомами. Организатор конференции Андерс Лильяс сотрудничал с Марией Гарбер, изучая структуры отдельных рибосомных белков, и они были дружественными соперниками нам со Стивом. Хотя работа мне уже наскучила, выдавалась возможность съездить туда и посмотреть, что происходит. На мероприятии ожидалась не только Ада, но и Питер, так что я мог взглянуть, на каком этапе сейчас находится соперничество. Была и другая причина поехать туда: я мог снова побывать в LMB в Англии по пути в Швецию. Это был не ностальгический визит вежливости – я хотел проверить, удастся ли там поработать.

В то время я чувствовал вдохновение и страх. Что будет, если придется потратить целые годы или мои идеи не сработают? Исследования на базе университета зависят от грантов, а грант действителен всего несколько лет, после чего его необходимо обновлять.

Как правило, такие гранты финансируются NIH после рецензии совета из десяти или более экспертов в определенной дисциплине. Теоретически это отличный способ обеспечения науки, и до сих пор он работает исключительно хорошо. Один ученый сравнил эту систему с рестораном: вы же не хотите зайти на кухню и посмотреть, как готовятся блюда. С такими экспертными советами есть две проблемы. Во-первых, они слишком консервативны и с трудом поддерживают смелые оригинальные предложения, отдавая предпочтения пошаговым проектам, работа над которыми представляется осуществимой. Было бы неплохо организовать такой совет, как суд присяжных: пригласить туда обладателей грантов. Другая проблема такова: каждый экспертный совет получает более тысячи предложений, по пятьдесят страниц каждое. Практика показывает, что внимательно их прочитывают лишь два представителя совета (так называемые первичный и вторичный рецензенты). Достаточно одному из рецензентов высказаться о предложении без энтузиазма – и оно, в сущности, обречено. Однажды, когда я попытался возразить первичному и вторичному рецензентам и спасти предложение, все остальные просто выставили ему среднюю оценку, то есть все равно отклонили его. Поэтому хотя на бумаге этот процесс и кажется честным, на практике он бывает произволен.

Поработав в таких советах, я мог себе представить, как будет воспринято мое предложение о рибосоме. У меня не было кристаллов; мне всего лишь казалось, что у меня есть идея, как их получить. При том, что хорошо финансируемая немецкая группа за много лет не смогла расшифровать структуру рибосомы, имея хорошие кристаллы. Мне прямо слышались сдавленные смешки, которые будут прокатываться по залу, пока мое предложение летит в мусорную корзину. Был и другой вариант: перебросить часть средств с уже имеющихся у меня грантов на сторонний проект; многие ученые именно так поступали с наиболее творческими из своих затей. Но, учитывая факт гонки и необходимость полностью сосредоточиться на проекте, я не думал, что такая стратегия будет жизнеспособна. Кроме того, если бы идеи не сработали, я потерял бы мои гранты, рискуя карьерой. В каждом научно-исследовательском институте найдутся люди, чьи работы остались без финансирования, а сами эти ученые остались сотрудниками второго сорта, которых отдел пытается выжить или маргинализировать.

Но LMB была устроена иначе. Там понимали, что на решение некоторых задач может требоваться много времени и человеческих ресурсов. Я вновь написал Ричарду Хендерсону, к тому времени ставшему директором LMB. На этот раз у меня для них было конкретное предложение. Ричард ответил, что был бы рад видеть меня.

Визит в Кембридж не походил ни на одно собеседование, в котором мне доводилось участвовать. Во-первых, речь о приеме на работу не шла. Во-вторых, там никогда не обсуждали ни одной из таких типичных вещей, как рабочее место, оборудование или, боже упаси, зарплата. Я просто рассказал о структурах тех разнообразных рибосомных белков, которые нам удалось расшифровать. Затем целый вечер мы откровенно обсуждали рибосомы с Ричардом и Тони Кроузером, который тоже был прославленным специалистом по электронной микроскопии и стал созаведующим Отдела структурных исследований. Мы поговорили о том, кто чем занимается, почему в этой нише застой, сложности какого рода мне могут встретиться и как, на мой взгляд, нужно картировать 30S. Подобный свободный интеллектуальный обмен мнениями был нетипичен для собеседования. «Давайте будем на связи», – был их вердикт. Несмотря на такой уклончивый ответ, я отправился в Швецию с ощущением, что изложенная мною идея не безумна.

Многие научные встречи проводятся в отдаленных местечках, чтобы люди действительно занимались наукой, а не отвлекались на шопинг или осмотр достопримечательностей. Таковой была старомодная деревушка Телльберг на берегах озера Сильян в Даларне, к северу от Стокгольма. Андерс Лильяс там вырос и знал уютный курортный отель, подходивший для проведения конференций с сотней участников. Крупный веселый Андерс с манерами космополита все равно оставался привязан к своему традиционному провинциальному воспитанию (выйдя на пенсию, он вернулся в фамильный дом в Телльберге). Андерса знали практически все, кто занимался изучением рибосом. Его сила была в том, что он стремился видеть в людях самое лучшее и хотел, чтобы они отвечали ему тем же. Однако в ближайшие десять лет его дипломатический талант ожидала суровая проверка.

Мне впервые предстояло услышать рассказ Питера о том, что йельская группа собирается делать со своими кристаллами: данные какого рода у них уже были и как они собирались получать фазы, критически важные для определения структуры. При работе с обычными белками хватало всего одного тяжелого атома, чтобы дать сигнал, хорошо различимый на картах Паттерсона и содержащий пиковые значения, соответствующие расстояниям между различными тяжелыми атомами в элементарной ячейке кристалла. Но чем крупнее молекула, тем незначительнее становится сигнал от тяжелого атома на фоне всего белка. Поэтому, приступая к работе со сравнительно крупными молекулами, ученые пытались использовать кластеры тяжелых атомов – это небольшие неорганические молекулы, содержащие несколько расположенных вплотную друг к другу атомов тяжелого металла, как правило тантала или вольфрама. При низком разрешении несколько атомов такого кластера действуют на снимке как единый «сверхтяжелый» атом, давая сильный сигнал. Такие кластеры уже использовались, например, для расшифровки строения ядра нуклеосомной частицы или крупного фермента рубиско, играющего ключевую роль в связывании углерода растениями. Но субъединица 50S гораздо крупнее любой из этих молекул, и к ней Ада планировала применить большие вольфрамовые кластеры, содержащие до тридцати атомов.

Из выступлений Ады в Виктории и Сиэтле явно не следовало, что в ее кристаллах удалось связать кластер тяжелых атомов с рибосомными субъединицами. Но такое свидетельство появилось в Телльберге в докладе Питера: на его картах Паттерсона четко просматривался гигантский сферический сгусток.

Этот результат требовалось подтвердить с помощью независимого метода. Питера явно впечатлили карты рибосомы, сделанные Иоахимом Франком через электронный микроскоп, и он думал взять их за образец для анализа данных кристаллов 50S. Этот метод «молекулярное замещение» заключается в измерении интенсивности пятен по рентгенографическим данным. Однако без сведений о фазе не удастся восстановить объемную структуру молекулы. Вспоминая метод с тяжелыми атомами, изобретенный Максом Перуцем с коллегами для получения фаз, предположим, что найдется некая «тестовая» молекула с известной структурой, которая уложится в кристалле и позволит вычислить дифракционный узор. Можно постепенно складывать ее фазы со значениями интенсивности и приближаться к правильной структуре. Некоторые ученые, например Стив Харрисон, ранее пользовались объемными изображениями с электронного микроскопа в качестве отправной точки при расшифровке структур некоторых вирусов.

На встрече Питер показал, как его группе удалось использовать одну из карт Иоахима и определить положение субъединицы 50S в кристаллах. Приблизительные фазы из этого опыта позволили спрогнозировать пик, уже виденный на картах Паттерсона. Получившаяся в результате рентгенографической обработки карта 50S имела низкое разрешение, но выглядела узнаваемо. То есть стратегия действовала.

Затем взяла слово Ада. Она начала с демонстрации данных по 50S, где показала, что характеристики клетки, рассчитанные по расстоянию между повторяющимися элементарными ячейками кристалла, меняются в зависимости от того, как выполняется сбор данных. Ада назвала кристаллы непригодными для работы, подразумевая, что йельская группа впустую тратит время. От меня не ускользнула комичность этой ситуации: она отвергала кристаллы, разработанные ее же группой, а ученые из Йеля были только рады с ними работать.

Я был сторонним наблюдателем при этом соперничестве за субъединицу 50S и чувствовал себя расслабленным… До тех пор, пока Ада не сказала, что ей удалось получить и субъединицу 30S, связывавшуюся с кластером тяжелых атомов и поэтому дававшую хорошую дифракцию. Вероятно, она искала производную молекулу с тяжелым атомом, и одна из таких молекул позволила стабилизировать субъединицы 30S, благодаря чему они стали лучше упорядочиваться в кристалле. Затем она показала дифракционный узор со множеством пятен. Я не мог поверить тому, что видел и слышал. Я-то думал, что нашел себе тихую гавань для исследований, а оказалось, что иду в лобовую атаку с Адой, не будучи уверенным в качестве своих кристаллов. В течение всей оставшейся встречи я был в смятении. Во время перерыва мы со Стивом Уайтом вышли прогуляться в близлежащий лес, компанию нам составили Ада, Франсуа Франчески, а также японский кристаллограф Исао Танака, так что мне пришлось делать хорошую мину.

Я размышлял над этой ситуацией во время обратного авиарейса в Юту, казавшегося непереносимо долгим. В какой-то момент подумал, а не сдаться ли, но затем осознал, что хорошие кристаллы субъединицы 50S Ада получила уже много лет назад, но до сих пор их не расшифровала. Йельская группа показала, что кластеры тяжелых атомов отлично подходят для получения карт с низким разрешением, но при переходе к высокому разрешению такой кластер уже не действует как единый сверхтяжелый атом. Поэтому моя идея с использованием отдельных атомов и синхротрона для расшифровки структуры с опорой на аномалии рассеяния по-прежнему казалась единственным верным путем к получению модели с высоким разрешением, которая позволила бы воссоздать атомное строение рибосомы.

В конце концов, меня по-настоящему мотивировало осознание того, что расшифровка структуры рибосомы и есть наиважнейшая цель во всей моей дисциплине. Казалось, что передо мной открывается узкое окно возможностей, и, поскольку я четко представлял, как подступиться к проблеме, было бы ошибкой сдаться сейчас, узнав об этих новых наработках. В конце концов, даже если бы моя группа и не стала одной из первых, которой удалось бы расшифровать атомную структуру, рибосома оставалась столь сложным механизмом, что для ее понимания требовалось бы уточнить множество структур на разных этапах процесса. На долгие годы хватило бы интересной работы, и, чтобы встретить эти годы во всеоружии, мне следовало начать исследования как можно раньше. Особенно когда выяснилось, что в прямую конкуренцию с крупной и хорошо финансируемой группой Ады вступаю именно я, а не йельская команда.

Рис. 9.2. На конференции в Телльберге: Ада Йонат, Стив Уайт, Франсуа Франчески и автор (публикуется с разрешения Исао Танаки)

Я чувствовал, что должен рассказать Ричарду об изменившейся ситуации. К счастью, его это совершенно не обеспокоило. Он считал, что мои позиции как минимум не хуже, чем у других: учитывая, как много разных структур я уже успел расшифровать, я обладал солидным опытом, чтобы взяться за такую сложную задачу. И добавил, что свободных мест в LBM сейчас нет, но как только это произойдет – со мной свяжутся.

Учитывая, что Ада уже получила улучшенные кристаллы, мы не могли позволить себе дожидаться ответа из LMB. Я рассказал коллегам из моей лаборатории о встрече в Телльберге, и мы на всех парах двинулись вперед. Нам предстояло сокращать вероятность проигрыша. Во-первых, нужно было продолжать исследование кристаллов 30S и смотреть, к чему они нас приведут. Возможно, нам удалось бы стабилизировать их, повторив достижение Ады. Другая часть нашей стратегии заключалась в попытке зафиксировать их при помощи IF3, чтобы посмотреть 30S в динамике, например при связывании с белком, необходимым для запуска трансляции. К счастью, эта идея не обязана была оказаться рабочей, иначе я бы ждал до сих пор.