كتاب "المخبر الوراثي. من أبحاث الريبوسوم إلى جائزة نوبل "

مرحبا ، هابروجيتلي!

فينكرامان "أكاليل" راماكريشنان عالم كيمياء حيوية أمريكي وبريطاني ، حائز على جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2009 ، إلى جانب توماس ستيتز وأدا يونات ، "لدراسة هيكل ووظائف الريبوسوم". منذ عام 2015 ، رئيس الجمعية الملكية ، عضو الأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم.

الجميع يعرف عن DNA ، الجزيء الذي يخزن جيناتنا. لكن الحمض النووي عديم الفائدة بدون الريبوسوم - معالج فريد يفك تشفير الشفرة الجينية. إن الريبوسوم هو محرك الحياة. "المخبر الجيني. من دراسة الريبوسوم إلى جائزة نوبل "قصة رائعة عن اكتشاف هيكلها المعقد بشكل لا يصدق وكشف سر الحياة القديم.

مقتطفات. البلورات الأولى

دفع نجاحهم الآخرين للانضمام إلى هذا العمل. نظمت الحكومة السوفيتية مركزًا علميًا كبيرًا في بلدة بوشكينو. كان هناك العديد من معاهد البحث الممولة جيدًا ، وكان أحدها برئاسة عالم الكيمياء الحيوية اللامع وأخصائي الريبوسوم ألكسندر سيرجييفيتش سبيرين. مثل ويتمان ، قاد قسمًا علميًا كبيرًا ، حيث تمت دراسة جميع جوانب الريبوسومات تقريبًا. لم يكن منهجياً مثل ويتمان ، وكان لديه خيال علمي غني وكان على استعداد لنشر أفكار جريئة. بالإضافة إلى ذلك ، أظهر Spirin نفسه على أنه شخص مستقل تمامًا لم ينحني للسلطات. لذا ، بمجرد أن طُلب منه التوقيع على عريضة بمبادرة لطرد الفيزيائي النووي الشهير ، المنشق ، خالق القنبلة الهيدروجينية السوفياتية ، من أكاديمية الاتحاد السوفياتي للعلوم أندريه ساخاروف.قد يبدو الرفض الصريح للتوقيع على مثل هذه العريضة فعلًا قصير النظر سياسيًا من جانب عضو بارز في أكاديمية العلوم ، إلى جانب مدير معهد أبحاث كبير ، لذلك قرر سبرين الذهاب في رحلة صيد إلى الغابات المجاورة لبوشكينو لفترة قصيرة.

قاد أحد المتعاونين معه ، ماريا بوريسوفنا جاربر ، مجموعة صغيرة حاولت بلورة بروتينات الريبوسوم الفردية أو عوامل البروتين التي توفر وظائف الريبوسوم المختلفة. مثل بقية ، عملت على مادة E. coli.

غيرت Garber نهجها لدراسة الريبوسومات في عام 1978 ، بعد قراءة تقرير ياباني وصف العمل مع بكتيريا جديدة محبة للحرارة ، على المادة التي كان من الممكن بلورة بروتينين مهمين يعملان في الريبوسوم. تم اكتشافه باسم Thermus thermophilus قليلاً ، وقد اكتشفه Tyro Oshima في الينابيع الساخنة في شبه جزيرة Izu في عام 1971. ينمو بشكل أفضل عند 75 درجة مئوية.

سافر غاربر إلى اليابان لعدة أشهر وفي ديسمبر 1979 أحضر العديد من هذه الثقافات البكتيرية إلى الاتحاد السوفييتي - ولكن للأسف ، ماتت الكائنات الحية الدقيقة في الطريق. طلبت من أوشيما إرسال زنزاناتها الجديدة بالبريد ، ووصلوا بأمان. بحلول نهاية عام 1980 ، تمكن Garber وزملاؤه من العمل بشكل مثمر على هذه البكتيريا وحصلوا على بلورات جميلة من البروتين (أو بالأحرى عامل البروتين) ، يسمى عامل الاستطالة G ، والذي يساعد الريبوسوم على التحرك على طول mRNA.

ألهم النجاح الأول لبروتينات T. thermophilus Garber وزملائها في تجربة هذا الكائن الحي. وتبين أن زراعة T. thermophilus مكلفة للغاية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، وقد دعا غاربر العلماء السوفييت الآخرين إلى تفكيك البكتيريا معًا لجميع البروتينات التي قد تكون مفيدة.

من بين زملائه ، كان غاربر إيغور نيكولايفيتش سيرديوك ، الذي كان يشارك في "اتصالات مع شركاء أجانب" ، والذي سافر غالبًا إلى الغرب دون مشاكل حتى في ذروة الحرب الباردة. في السابق ، استخدم طرقًا منخفضة الدقة ، تحدد شكل الريبوسومات ، لذلك بشكل طبيعي تساءل عما إذا كان يمكن أن يتبلور باستخدام مواد من مختبر Garber. قام هو وطالبته إليزابيث كاربوفا بتنقية T. thermophilus ribosomes وحصلوا على بلورات صغيرة جدًا ، تشبه البلورات الأولى التي تم تصنيعها في برلين. بعد هذا النجاح ، لجأ Garber إلى Spirin بطلب لدعم المجموعة ومحاولاتها تبلور الريبوسومات من السلالة الجديدة.

وافق على ذلك ، وانضم العديد من الأشخاص إلى القضية ، من بينهم تجدر الإشارة إلى مارات يوسوبوف ، طالب سبرين. نظرًا لعدم وجود خبرة جادة في البلورة ، لجأ العلماء إلى مساعدة اثنين من موظفي معهد موسكو لعلم البلورات - فلاديمير بارنين وسيرجي تراخانوف. بحلول عام 1986 ، تمكنوا من تبلور الوحدة الفرعية الصغيرة ، وأيضًا ، باستخدام التقنية التي قام بها تراخانوف بمسح الريبوسومات ، وهو الريبوسوم بأكمله. الآن ، مع الأخذ في الاعتبار بلورات 50S التي تم الحصول عليها من قبل قوى جونات ويتمان ، كانت كل من الوحدات الفرعية والريبوسوم بأكمله تحت تصرف العلماء.

قدم يوسوبوف نتائجه في شكل ملصق تم عرضه في يوليو 1987 في بيشنبورج بالقرب من ستراسبورج في فرنسا ، وبعد شهر تم نشر هذا العمل في المجلة العلمية المرموقة FEBS Letters. بعد بضعة أشهر ، أفاد Jonat و Wittmann أنهما تمكنتا أيضًا من بلورة الوحدة الفرعية الصغيرة والريبوسومات بأكملها على مادة من نفس سلالة T. thermophilus. لقد نشروا نتائجهم في نفس المجلة غير المعروفة للكيمياء الحيوية الدولية. في العام التالي ، كتب يونات أنهم تمكنوا من تحسين بلورات الوحدة الفرعية الصغيرة (30S) ، والآن أصبحوا على الأقل ليسوا أسوأ من البلورات السوفييتية.

قد يؤدي هذا إلى منافسة شرسة بين المجموعتين السوفيتية والألمانية ، لكن هذا لم يحدث. تلقى الروس تمويلًا أقل بكثير من الألمان ، وكانوا أقل تجهيزًا ، خاصة للمعالجة البلورية للجزيئات الكبيرة. في محاولة لنقل البحث إلى المرحلة التالية ، ذهب مارات يوسوبوف وزوجته غولنارا إلى ستراسبورغ ، حيث كانوا سيواصلون الدراسة البلورية للريبوسومات مع جان بيير إيبل ودينو موراس. لأسباب لا تزال غير معروفة ليوسوبوف ، قرر إبل في وقت ما وقف التعاون. يعتقد Spirin أن Jonath و Wittmann أقنعوا Ebel أنه لا يستحق التنافس معهم.

مهما كانت الأسباب الحقيقية ، فقد تلاشت التطورات السوفيتية بشأن تبلور الريبوسومات. عادت ماريا غاربر إلى اهتماماتها العلمية السابقة: دراسة البروتينات والعوامل الريبوسومية الفردية. بخيبة أمل من العمل غير المثمر ، تفرق بعض الممثلين الرئيسيين لمجموعة البحث السوفياتية في جميع أنحاء العالم. بعد بضع سنوات ، في منتصف التسعينات ، كتب يوسوبوف إلى هاري نولر ، عالم الكيمياء الحيوية والمتخصص في الريبوسوم من جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ، يطلب الإذن للعمل على بنية الريبوسوم في مختبره ، ولكن يجب ترك هذه القصة لوقت لاحق. عاش سيرجي تراخانوف بشكل أساسي حياة بدوية ، بعد أن تمكن من العمل في اليابان والولايات المتحدة لمدة عشرين عامًا. كما عمل لبعض الوقت في المختبر في نولر ، بعد أن غادر يوسوبوف من هناك ؛ ثم عاد تراخانوف إلى أوروبا.

مع الإغلاق الفعلي للمشروع السوفييتي ، ظل يونات على رأس مجموعة بلورات الريبوسوم الوحيدة. بحلول نهاية الثمانينيات ، لم يكن من الممكن حتى الآن الحصول على بلورة واحدة جيدة جدًا لدرجة أن التركيب الذري لكل من الوحدات الفرعية للريبوسوم ، وحتى أكثر من الجسم بأكمله ، كان مرئيًا فيه. لكنها كانت مناسبة تمامًا للحكم تقريبًا على كيفية تفاعل البروتينات والرنا في الريبوسوم.

في الواقع ، تشكلت بنية الريبوسوم تدريجيًا إلى خريطة صور ضبابية تم الحصول عليها باستخدام مجهر إلكتروني. ارتبط جزء من العمل الذي كان ذا صلة في ذلك الوقت بالأجسام المضادة ، أي مع البروتينات التي يتم تصنيعها بواسطة جهاز المناعة لدينا والتي يمكن أن ترتبط بأهداف محددة بدقة. في إحدى التجارب ، قام جيم ليك من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس بتركيب الأجسام المضادة التي اعترفت ببدء بروتين حديث الصنع. في عام 1982 ، أظهر أن هذه الأجسام المضادة ترتبط بالجزء الخلفي من وحدة فرعية كبيرة ، أي مقابل النقطة التي يرتبط فيها حمض أميني جديد مع tRNA بسلسلة عديد الببتيد القابلة للتوسيع. كان الاستنتاج أن الوحدة الفرعية الكبيرة يجب أن يكون لها نفق: قناة الولادة الغريبة ، والتي ستمر بسلسلة بروتين جديدة ،قبل الظهور على الجانب الآخر. في عام 1986 ، أكد نايجل أنوين وجود مثل هذا النفق من خلال تحليل بلورات الإلكترون من البلورات المسطحة التي تم الحصول عليها من الريبوسومات السحلية باستخدام المجهر الإلكتروني. في العام التالي ، أبلغ جونات وويتمان أيضًا أن هناك نفقًا في الوحدة الفرعية ، معتمدين على الأجزاء المسطحة من بلورات الريبوسوم التي حصلوا عليها هم أنفسهم باستخدام المجهر الإلكتروني. استند كلا هذين التقريرين إلى صور منخفضة الدقة ، بعيدًا عن الرؤية الحالية للريبوسوم ، لكن العلماء حددوا بثقة أشياء أخرى كنفق ، وقد أثبتت وجوده بالفعل من قبل ليك.في العام التالي ، أبلغ جونات وويتمان أيضًا أن هناك نفقًا في الوحدة الفرعية ، معتمدين على الأجزاء المسطحة من بلورات الريبوسوم التي حصلوا عليها هم أنفسهم باستخدام المجهر الإلكتروني. استند كلا هذين التقريرين إلى صور منخفضة الدقة ، بعيدًا عن الرؤية الحالية للريبوسوم ، لكن العلماء حددوا بثقة أشياء أخرى كنفق ، وقد أثبتت وجوده بالفعل من قبل ليك.في العام التالي ، أبلغ جونات وويتمان أيضًا أن هناك نفقًا في الوحدة الفرعية ، معتمدين على الأجزاء المسطحة من بلورات الريبوسوم التي حصلوا عليها هم أنفسهم باستخدام المجهر الإلكتروني. استند كلا هذين التقريرين إلى صور منخفضة الدقة ، بعيدًا عن الرؤية الحالية للريبوسوم ، لكن العلماء حددوا بثقة أشياء أخرى كنفق ، وقد أثبتت وجوده بالفعل من قبل ليك.

وبصرف النظر عن هذه النتائج ، كان التقدم بطيئا. حتى بعد عقد من الحصول على بلورات الريبوسوم ثلاثية الأبعاد ، ظل من غير الواضح ما إذا كان من الممكن إنشاء بعض الخرائط الواضحة على الأقل بناءً على البلورات بالأشعة السينية. ومع ذلك ، تمسكت Ada Yonat بهذا الحلم وسعت إلى تحسين بلوراتها.

»يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول الكتاب على موقع الناشر على الويب
» المحتويات
» مقتطفات

لخصم 25٪ على Khabrozhiteley على القسيمة - Ramakrishnan

عند دفع النسخة الورقية من الكتاب ، يتم إرسال كتاب إلكتروني عبر البريد الإلكتروني.