Фрэнк продолжал усердно работать над этой задачей вместе с Майком Тарри, заменившим Роба. Они научились очищать рибосомы, изучая фермент, расщепляющий РНК, и смогли получить несколько кристаллов иной формы, но достичь разрешения на уровне атомов пока не удавалось.
Учитывая, как много разных людей включились в гонку, мы сочли, что будет лучше, если вся наша лаборатория сосредоточится на чем-то одном. Фрэнк решил поймать момент, когда белковый фактор EF-Tu доставляет тРНК, которая подносит к рибосоме новую аминокислоту. Наши исследования уже показали, что именно субъединица 30S гарантирует правильный подбор тРНК, проверяя форму двух из трех пар оснований между кодоном и антикодоном. Подобно многим факторам, связывающимся с рибосомой, EF-Tu называют ГТФазой, так как он отсекает два из трех фосфатов в гуанозинтрифосфате (ГТФ), высвобождая энергию. Гидролиз ГТФ необратим, и его можно сравнить с возникновением искры в двигателе. Было неясно, как совпадение между тРНК и кодоном отражается на работе фактора, гидролизирующего ГТФ достаточно далеко от кодона, – образно говоря, как двигатель внутреннего сгорания заводится ключом зажигания. Гидролиз ГТФ действует подобно переключателю, заставляющему EF-Tu отцепиться от тРНК. После чего кончик тРНК свободно проникает в пептидилтрансферазный центр большой субъединицы, где растущая белковая цепочка переносится от тРНК на P-сайте к новой аминокислоте, расположенной на А-сайте этой тРНК.
Пока мы работали с рибосомами от Thermus, выяснилось, что Джейми Кейт синтезировал рибосому E. Coli и смог преодолеть порог в 3,5 ангстрем, чтобы приступать к выстраиванию атомной структуры. Это был крупный прорыв. Появилась первая структура цельной рибосомы в высоком разрешении, причем от «стандартной» бактерии, на материале которой исследовалась почти вся генетика и биохимия рибосомы. Джейми оказался достаточно молод и смел, чтобы проигнорировать общепринятое мнение об экстремофилах.
Я был одним из рецензентов статьи Джейми в Science и испытывая грусть и радость. У нас появилась возможность рассмотреть, как две субъединицы скрепляются друг с другом. Однако до конца понять, как рибосома подстраивается под тРНК, движущуюся через нее, пока не удавалось: кристаллы Джейми не могли связываться с тРНК и мРНК. Зато большинство проектов нашей лаборатории оставались жизнеспособными.
В то время наша лаборатория пополнилась еще двумя классными специалистами. Первой была Мария Зельмер из лаборатории Андерса Лильяса, расшифровавшая там структуру белка, расщепляющего рибосому в самом конце трансляции, чтобы начать процесс заново. Как и Дитлев, другой скандинав из моей лаборатории, она оказалась умной, организованной, приятной, веселой и разносторонней. Я даже задумался: может быть, скандинавы особым образом воспитывают детей? Или когда они выходят из сумрака в сторону юга, становятся жизнерадостными и избавляются от «бергмановского страха»? Мария была заметно выше мужчин из нашей лаборатории, поэтому на ближайший рождественский капустник моя группа нарядилась в Белоснежку и семерых гномов.
Примерно через год после Марии к нам присоединилась Кристин Данэм. Впервые я повстречал ее на конференции в Эриче в Италии, впечатлился ее умом и энергией. На тот момент она была аспиранткой у Билла Скотта в Санта-Крусе, где приобрела реальный опыт в химии РНК и кристаллографии. Поэтому, когда она поинтересовалась, можно ли поступить на работу в мою лабораторию, я был просто счастлив согласиться. Несмотря на мои отговоры, Кристин подала заявку и получила стипендию от Американского онкологического общества. Она была веселой, подхватывала мои шутки и, так же как и я, увлекалась светскими сплетнями.
Кроме того, примерно в то же время в состав моей группы вошла Энн Келли, почти двадцать лет проработавшая в LMB. Она стала центральным звеном всей лаборатории, обеспечивала нас рибосомами, тРНК, факторами и всем остальным, что требовалось для проработки каждой индивидуальной задачи. Она была пышной рыжеволосой англичанкой, и часто ей изрядно надоедали жалобы всех этих иностранцев на местную погоду или обычаи.
Мария и Кристин хорошо сработались и решили выяснить, как тРНК и мРНК движутся через рибосому, – этот этап называется транслокацией. Почти тридцатью годами ранее Марк Бретшер из LMB предположил, что транслокация выполняется в два этапа: сначала тРНК проникает в одну субъединицу, а потом в другую. Это позволяло объяснить, зачем субъединиц две. Прошло еще двадцать лет, прежде чем Гарри и его студент Данеш Моазед продемонстрировали, что все в действительности так и происходит и рибосома оказывается в промежуточном состоянии, когда тРНК движутся относительно одной лишь большой субъединицы. На втором этапе тРНК и мРНК движутся относительно малой субъединицы, и транслокация завершается. В 2000 году Иоахим Франк и Радж Агравал показали, что в ходе этого процесса две субъединицы вращаются относительно друг друга. Таким образом, рибосома движется вдоль мРНК. Второй этап движения стимулируется другим белковым фактором – фактором элонгации G, и в ходе этого процесса также гидролизируется ГТФ. Но оставались невыясненными детали этого процесса.
У Марии были муж и маленькая дочь, поэтому она организовала себе строгий распорядок, в отличие от большинства одиноких – или как минимум бездетных – сотрудников, которых можно было застать в лаборатории в любой час. Сам я также работал по расписанию еще с тех пор, как был аспирантом с двумя маленькими детьми. Чувствую, что такой порядок помог мне гармоничнее устроить мою жизнь, а также лучше проявить себя в качестве ученого. Поработав у нас примерно год, она сообщила, что беременна. Я поздравил ее, но в глубине души обеспокоился, что наша работа забуксует в разгар нового соперничества. Как же я ошибался! Мария продемонстрировала, что можно хорошо справляться с работой ученого, успевая при этом быть мамой, главное – иметь гибкий график и поддержку от мужа.
Вернувшись из декретного отпуска, Мария создала особую среду, в которой Thermus давали кристаллы новой, ранее не известной формы. Оказалось, что эти кристаллы не содержат EF-G, хотя этот фактор и добавляли к рибосомам перед кристаллизацией. Тем не менее в них содержалась и мРНК, и тРНК, дававшие более четкую дифракцию, чем экземпляры, полученные в лаборатории Гарри в 2001 году. Мы сочли, что даже небольшой прогресс – лучше, чем ничего.
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).
