Они с Кристин стали систематически работать над улучшением этих кристаллов и вместе с другими отправились на синхротрон Swiss Light Source в Филлинген близ Цюриха. На этот раз я также получил от команды загадочное сообщение, но, в отличие от эксперимента с гильотинкой, я был приятно ошарашен. Они собрали данные с разрешением до 2,8 ангстрем. То есть мы могли составить более подробные карты, чем по структурам 30S. Однако в полученных кристаллах было по две отдельные копии рибосомы, а это означало, что нам предстоит выстраивать структуру из половины миллиона атомов.
Этот проект напомнил мне те времена, когда мы еще работали над 30S. Кроме Фрэнка, Марии и Кристины в нашу лабораторию поступили еще двое аспирантов, которых мы сразу вовлекли в работу. Альберт Вайксльбаумер студенческие годы провел в Вене. На собеседование он явился с пирсингом и выглядел как хипповый авторитет, но показал себя хорошим специалистом. Когда я его принял, он сразу спросил, можно ли отложить начало аспирантуры на несколько месяцев, чтобы он мог отправиться исследовать Южную Америку. Я испугался, что совершил огромную ошибку, но после его возвращения не осталось никаких сомнений в его самоотдаче. Альберт усердно работал и оказался одним из самых пытливых людей, которые когда-либо трудились у меня в лаборатории. К тому моменту ему уже изрядно поднадоела работа над инициирующими комплексами (добиться существенного прогресса по этой проблеме ученые смогли лишь спустя примерно десять лет, воспользовавшись новым методом).
Другой сотрудницей стала Сабина Петри, которую рекомендовал Харальд Швальбе, ученый из Франкфурта, с работами которого я был хорошо знаком. Сабина была более 180 сантиметров ростом и возвышалась даже над Марией. Она не только добилась восхитительных успехов в учебе, но и успела поиграть за женскую сборную Германии по баскетболу. Во многом она точно соответствовала стереотипу щепетильной немки. Узнав, что у нас в отделе не бывает регулярных планерок, она была в шоке. Я сказал, что если ей их так сильно не хватает, то она могла бы сама заняться их организацией. Она сразу же к этому приступила и строго следила за выполнением графика, по которому все сотрудники лаборатории должны были еженедельно выступать. Как-то раз, придя в лабораторию, мы обнаружили, что все наши емкости заменены новыми, помечены разноцветными ярлычками, показывающими, с какими веществами тот или иной контейнер может использоваться. На емкостях было строгое предупреждение, запрещавшее их путать.
Всей команде приходилось неделями работать вместе в видеографической аппаратной, чтобы собрать колоссальную новую молекулу. Это было не так сложно, как выстраивание субъединиц с нуля, но все равно работа предстояла большая, тем более потому, что субъединица 50S серьезно отличалась от всего, что было расшифровано ранее. Уже пятьдесят лет было известно, что при снижении концентрации магния субъединицы диссоциируют, а при повышении – снова соединяются. Наконец, мы смогли выяснить, почему многие из контактов между субъединицами обеспечиваются на уровне катионов магния, опосредующих контакты между отрицательно заряженными фосфатами в РНК, а в других местах ионы магния способствуют плотной свертке РНК, нейтрализуя отрицательно заряженные фосфатные группы и помогая им сблизиться.
Как только мы написали и отослали в журнал статью об этом, Мария отправилась на конференцию по РНК в Америку, а я снова поехал в Эриче. К нашей досаде, на конференции Мария узнала, что Гарри также удалось улучшить структуру. Как и в гонке за 30S, мы опубликовали статьи о двух структурах почти одновременно, но нашу структуру сочли более точной и полной.
Мы надеялись получить из новой кристаллической формы 70S материал для интересных последующих проектов по ее функциональным аспектам, но почти сразу же столкнулись с проблемами. Когда мы стали воспроизводить кристаллы 70S, давшие такую отличную дифракцию, оказалось, что результаты сильно варьируются. И даже после того как мы, казалось бы, решили эту проблему, нам не удавалось получить никаких соединений с такой рибосомой.
Итак, кристаллы 70S на поверку не оказались таким кладезем, как кристаллы 30S. После публикации структуры 70S у нас в лаборатории снова начались потери. Фрэнк перебрался в Аргонн, где теперь занимал руководящую позицию Малкольм Кейпел. Мария нашла штатную должность в Уппсальском университете, а Кристин – в Университете Эмори. Сабина отправилась в постдокторантуру в Калифорнийский университет Сан-Франциско. Из всей старой команды, подобравшейся для работы над 70S, остался только Альберт.
В начале июня 2007 года в городе Кейп-Код была назначена конференция по рибосомам. Там я мог впервые рассказать о структуре 70S с высоким разрешением. К тому моменту мне уже надоела «политическая» составляющая рибосомных исследований, поэтому я начал выступление в не характерной для меня прямолинейной оценке нашей структуры 70S и аналогичной структуры из лаборатории Гарри, подчеркнув некоторые их отличия.
Также я чувствовал, что, если проследить весь путь к полученной нами структуре 30S, то слушатели не смогут уловить, насколько активно наши структуры использовались не только для интерпретации биохимических данных, но и для корректирования других структур. Я решил показать топографическую карту местечка Гранчестер, где был мой дом. Чувствовалось, аудитория не совсем понимает, какова связь между этой картой и рибосомой. Далее я указал, что, как считается, государственная топографическая служба специально добавляет на свои карты немного вымышленных деталей. Поэтому если другой картограф просто скопирует их материалы, а не выполнит оригинальное исследование, то его можно будет вычислить. Мы, продолжал я, как серьезные ученые, не вводим в схемы липовых деталей намеренно, но совершаем ошибки. Добавил, что, воспользовавшись новым детектором, мы недавно собрали данные с гораздо более высоким разрешением, что помогло нам исправить ряд ошибок в нашей исходной структуре 30S, а также саркастически отметил, что странно видеть, как ровно те же самые ошибки всплывают в структурах, полученных другими людьми. На следующее утро Гарри рьяно отстаивал свою структуру 70S, но его почти сразу осадил Том, чей постдок Мильян Симонович тщательно проанализировал обе структуры и без вариантов высказался в пользу нашей.
После этого ко мне подошел Андерс Лильяс и сказал, что я проявил себя нехарактерным образом. Я сказал, что уже устал видеть, как другие пользуются нашими наработками, не утруждаясь нас поблагодарить. «Зачем же нападать, если вы лидируете?» – спросил он. Тогда я этого еще не осознал, но это был первый намек на то, что в шведских кулуарах моя работа оценена высоко. Как бы то ни было, я с радостью уехал уже на следующий день, чтобы ненадолго заглянуть еще на одну конференцию, а потом отправился в Нортборо, штат Массачусетс, на свадьбу моего сына Рамана. Торжество состоялось в усадьбе у отца невесты. Стоял прекрасный летний день, отлично подходящий для встреч с родными и близкими друзьями, когда можно просто радоваться за счастье молодых и забыть о проблемах из области научной «политики».
После моего возвращения нам несколько месяцев не удавалось добиться никакого прогресса. Однажды ко мне в кабинет зашла Хонг Джин, постдок, защитившая кандидатскую в йельской лаборатории Питера. Она была новичком в кристаллографии и спросила, как устроен процесс заморозки кристаллов. На самом деле процедура проста. Кристалл переносится в криопротектор – раствор с таким же составом, что и исходная среда, в которой кристалл выращивается с добавлением определенного соединения, действующего в качестве антифриза: это может быть глицерин, спирт или этиленгликоль. Но она сказала, что мы работаем не так. Когда я услышал от нее, чем же мы занимаемся на самом деле, внезапно осознал, почему же с новыми кристаллами ничего не получается.
Перенося кристаллы в криопротектор, мои лаборанты забывали добавить в раствор некоторые исходные ингредиенты, в частности магний. Разумеется, все мы знали, что магний важен не только для скрепления двух субъединиц рибосомы, но и для свертывания РНК. Неудивительно, что кристаллы отличались. Вероятно, изначально хорошие кристаллы меняли форму по мере того, как теряли магний перед замораживанием. Также становилось понятно, почему не происходит связывание с факторами терминации трансляции. Хотелось себя ударить за ошибку, которая стоила нам двух лет. Но теперь мы могли двигаться вперед.
Мы хотели разобраться, как рибосома «узнает», что пора остановиться. В конце кодирующей последовательности находится один из трех стоп-кодонов (UAA, UAG или UGA), каждый из которых не соответствует какой-либо аминокислоте, а сигнализирует, что достигнут конец последовательности. Когда один из этих стоп-кодонов входит в А-сайт рибосомы, он распознается факторами терминации трансляции, которые связываются с рибосомой и «отрезают» свежий белок от тРНК. У бактерий два таких фактора, именуемых RF1 и RF2. Вопрос был фундаментальным: как рибосома выпускает готовый белковый продукт?
Мы чуть не опоздали. Сабина написала нам, что на конференции в районе бухты Сан-Франциско представитель группы Гарри сообщил, что они расшифровали структуру рибосомы с RF1, распознающим стоп-кодоны UAA и UAG. Сотрудники Гарри отвергли ими же полученную кристаллическую форму, которую сами яростно защищали на конференции в Кейп-Коде, и просто воспроизвели нашу, но, избежав той ошибки, которую мы допускали при замораживании. Предполагаю, что это в конечном итоге был комплимент, но до сих пор обидно.
Мы сломя голову принялись за аналогичную задачу – добиться того же с RF2, распознающим UAA и UGA. Идея была такова: располагая двумя факторами терминации трансляции, определить, как они отличают три стоп-кодона от шестидесяти одного оставшегося, то есть тех, которые кодируют аминокислоты и распознаются тРНК.
Альберт, лучше всех нас разбиравшийся в кристаллографии 70S, возглавил эту работу. Ему помогала Хонг, указавшая мне на проблему. Как и прежде, в деле участвовала вся лаборатория. На этот раз к нам присоединились аспиранты Кай Нойбауэр и Ребекка Вурхис.
Кай приступил к проработке проблемы, весьма опосредованно связанной с основным путем трансляции: стал выяснять, как рибосомы выручаются специальной молекулой, когда застревают в дефективной мРНК, например, в такой, где не хватает стоп-кодона. Спокойный и серьезный молодой человек, студенческие годы проведший в Германии, был дипломатичен и всем нравился. Часто он выступал посредником, когда в лаборатории случались конфликты.
Ребекка приехала из Йеля, где училась под руководством Скотта Стробела (того самого, который проделал огромную работу, выясняя, как рибосома образует пептидную связь). Стробел сообщил мне, что Ребекка получала более лестные отзывы, чем многие его постдоки. Странно, что изначально она прибыла к нам для учебы по годичной магистерской программе, после чего собиралась вернуться в свой медицинский вуз в США. Тем более необычно, что она пришла к нам с собственным проектом по связыванию двух тРНК веществом, которое имитирует две аминокислоты с пептидной связью. Мы могли поймать рибосому прямо в момент образования пептидной связи, этот проект не удался. Несмотря на неудачу, Ребекка осталась на десять лет в LMB, а уже затем уехала в США, где получила штатную преподавательскую должность в Калтехе.
К счастью, журнал
Но к тому моменту сразу в нескольких лабораториях удалось воспроизвести кристаллы, открытые Марией. Так, допустив ошибку с магнием, мы проиграли наше почти двухгодичное лидерство, а работа с новыми кристаллами стала всеобщим достоянием.