На тот момент в моей команде работали всего двое лаборантов – Сью Эллен Герчман и Вито Грациано, которым пару лет спустя составила компанию Хелен Киця. Под руководством Билла и Джона мы со Сью Эллен быстро клонировали гены всех белков, которые уже успели кристаллизовать Стив и его берлинские коллеги. Вскоре после этого мы сделали еще множество белков и просто просияли, когда генетически измененные или рекомбинантные белки, сделанные в E. coli, кристаллизовались так же, как белки, извлеченные из термофильных бактерий.
В тот период я также работал над гистоном H5 – белком, помогающим сплетать хроматин в волокно и укладывать его в клеточном ядре. В этом белке, который называют линкерным гистоном, есть «сердцевина», именуемая GH5 (глобулярный домен гистона H5). Я хотел ее кристаллизовать, но опыта кристаллизации не имел. Стив сказал: «Это очень просто. Давай покажу».
Любой школьник знает, что, если выпарить сахарный или соляной раствор, то получатся кристаллы. Дело в том, что по мере испарения воды соль или сахар достигают такой концентрации, что становятся нерастворимы. Но если просушить белок, то получится просто бесформенный комок, так как белковые молекулы очень крупные и гибкие, и существует очень много вариантов их соединения. Если налить лимонный сок в молоко, появятся хлопья. Поэтому нужно повышать концентрацию вещества очень медленно, чтобы белковые молекулы успели расположиться стройными рядами и кристаллизоваться. Для этого капельку белкового раствора смешивают с осадителем (например спиртом или солью), который делает белок нерастворимым. Затем эта капля переносится на тонкое покровное стекло, которое переворачивается таким образом, что капля висит над ячейкой с раствором. В те времена эту работу нам приходилось делать вручную, но сегодня роботы аккуратно ставят тысячи опытов с разными вариантами состава белкового раствора.
Вскоре мы со Стивом получили кристаллы не только GH5, но и белка S5 (префикс и число означают, что это примерно пятый по величине белок из малой субъединицы).
Получив кристаллы, я не хотел просто сидеть и наблюдать, как Стив разгадывает структуры этих белков. Хотел сам этому научиться, но боялся. Стив меня приободрил: «Ты подкован в физике, а по сравнению с физикой эта штука – ерунда!» Так я вдохновился на еще одну авантюру; оставалось понять, как к ней подступиться.
Для начала я отправился в Колд-Спринг-Харбор – лабораторию, расположенную примерно в пятидесяти километрах к западу от Брукхейвена, которую возглавлял Джеймс Уотсон собственной персоной. Помимо исследований и симпозиумов там проводились краткие специализированные курсы для ученых, где преподавали эксперты с мировым именем. В 1988 году я прошел двухнедельный курс кристаллографии, и пригласил одного из моих преподавателей, Ганса Дайзенгофера, на пешую прогулку к усадьбе Тедди Рузвельта. Ганс обулся в шикарные туфли и на обратном пути натер мозоли. Думаю, через два дня он забыл о боли, поскольку получил свою долю Нобелевской премии за определение структуры белкового комплекса, преобразующего энергию солнечного света в химическую.
Год спустя в отделе начали задумываться, не предложить ли мне бессрочный контракт. Если бы не предложили – я бы остался без работы. Несколько моих публикаций, посвященных в основном рассеиванию нейтронов, только убеждали меня, что этот метод не дает нужной информации о работе молекул. Все самое интересное разворачивалось в кристаллографии. Едва ли не каждую неделю выходила новая статья с описанием структуры какой-нибудь важной молекулы, навсегда менявшая представления о всей дисциплине. Более того, помощь Стива и прослушанный недавно курс разжигали мой интерес.
Экспертный комитет университета спросил, каковы мои долгосрочные планы. Я собрался с духом и заявил, что если они предложат мне бессрочный контракт, то я брошу то, чем занимаюсь сейчас, возьму годичный творческий отпуск и освою кристаллографию. У меня просто гора с плеч свалилась, когда комитет поддержал эту идею. Через несколько дней Джон Данн вручил мне длинный жезл в алюминиевой фольге и произнес: «Добро пожаловать в постоянный штат!»
Я быстро выбрал место для отпуска: LMB. Именно там зародилась белковая кристаллография. Более того, в Кембридже кристаллография стала наукой, и многие американцы проводили там творческий отпуск с большим удовольствием. Мы с Верой были англофилами, обожали английскую литературу и культуру, смотрели телецикл «Театр шедевров» и понимали своеобразный юмор «Монти Пайтон».
Директором LMB в те годы был Аарон Клуг, выдающийся деятель структурной биологии. Он руководил одной из двух групп, выяснивших строение тРНК (другая группа была коллаборацией, во главе которой стояли Алекс Рич из Массачусетского технологического института (MIT) и Сун-Хо Ким из Университета Дьюка). Как часто случается в борьбе с высокими ставками, гонка за приоритет в получении структуры тРНК завершилась ядовито. Клуг не только мог похвастаться поддержкой Розалинд Франклин и сходством с Вуди Алленом, но и считался ведущим исследователем хроматина. Я набрался смелости и написал ему, что кристаллизовал линкерный гистон, поэтому хотел бы прибыть в LMB, чтобы узнать его структуру с помощью кристаллографии. Через несколько недель он ответил, что с радостью выдвинет меня на стипендию Гуггенхайма. Имея такую стипендию и половину жалованья из Брукхейвена, я всерьез собрался отправиться в Англию на год. Чтобы не разочаровать Аарона, я решил подготовить фактические данные, изучением которых мог бы заняться в творческом отпуске.
Пройденный в Колд-Спринг-Харбор экспресс-курс мне пригодился, но я не знал в подробностях, как собирать и обрабатывать данные. Мне на выручку пришел Боб Свит. Он вырос в сельской части штата Иллинойс, а студенческие годы провел в Калтехе. Защитив кандидатскую в Висконсине, он поступил в LMB в качестве постдока, а до того успел немного поработать преподавателем в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса. Как и многие выходцы со Среднего Запада, Боб был англофилом, и, пребывая в Кембридже, использовал англизированную лексику, грамматику и фонетику. Несколькими годами ранее мы с ним почти одновременно прибыли в Брукхейвен и какое-то время были соседями. Впервые увидев его, я сразу поразился его роскошным усам, как у Пуаро; со временем Боб облысел, и усы его становились еще роскошнее. Он умел быть язвительным в своем педантичном и фамильярном стиле, что отбивало у некоторых желание с ним общаться, но мне он казался вдумчивым, теплым и великодушным человеком. Мы крепко сдружились.
В Брукхейвене Боб запускал кристаллографический аппарат, используя пучок синхротронного излучения, и объяснил мне, как собирать и обрабатывать информацию о кристаллах методом внедрения различных комбинаций тяжелых атомов (например, золота или ртути). Отличия в данных, собранных до и после внедрения, позволяли определить позиции тяжелых атомов и фазы рентгеновских отражений от них. Зная о фазах и измерив значения интенсивности, можно вычислить структуру молекулы. Но при внедрении тяжелых атомов качество кристалла портится, если атомы вообще связываются с белками, и данный процесс получил название «внедри и молись». К счастью, в конце 1980-х показал результаты новый метод, названный многоволновой аномальной дифракцией, или MAD.
