Libro "Detective genético. De la investigación ribosómica al Premio Nobel "

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Venkatraman "Wreaths" Ramakrishnan es un bioquímico estadounidense y británico, ganador del Premio Nobel de Química 2009, junto con Thomas Steitz y Ada Yonat, "por estudiar la estructura y las funciones del ribosoma". Desde 2015, presidente de la Royal Society, miembro de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU.

Todos conocen el ADN, la molécula que almacena nuestros genes. Pero el ADN es inútil sin un ribosoma, un procesador único que descifra el código genético. Es el ribosoma el motor de la vida. “El detective genético. Desde el estudio del ribosoma hasta el Premio Nobel "es una historia fascinante sobre el descubrimiento de su estructura increíblemente compleja y el descubrimiento del antiguo misterio de la vida.

Extracto. Primeros cristales

Su éxito motivó a otros a unirse a dicho trabajo. El gobierno soviético organizó un gran centro científico en la ciudad de Pushchino. Había varios institutos de investigación bien financiados, uno de los cuales estaba dirigido por un brillante bioquímico y especialista en ribosomas, Alexander Sergeyevich Spirin. Al igual que Wittmann, dirigió un gran departamento científico, donde se estudiaron casi todos los aspectos de los ribosomas. No era tan sistemático como Wittmann, tenía una rica imaginación científica y estaba listo para publicar ideas audaces. Además, Spirin demostró ser una persona muy independiente que no se inclinó ante las autoridades. Entonces, una vez que le pidieron que firmara una petición con la iniciativa de expulsar a Andrei Sakharov, el famoso físico nuclear, disidente, creador de la bomba de hidrógeno soviética, de la Academia de Ciencias de la URSS.Una negativa abierta a firmar tal petición podría haber parecido un acto políticamente miope por parte de un miembro prominente de la Academia de Ciencias, además del director de un gran instituto de investigación, por lo que Spirin decidió realizar un viaje de caza a los bosques adyacentes a Pushchino por un corto tiempo.

Una de sus colaboradoras, Maria Borisovna Garber, dirigió un pequeño grupo que intentó cristalizar proteínas ribosómicas individuales o factores proteicos que proporcionan diversas funciones ribosómicas. Como el resto, trabajó en material de E. coli.

Garber cambió su enfoque para el estudio de los ribosomas en 1978 al leer un informe japonés que describía el trabajo con una nueva bacteria termofílica, en cuyo material se cristalizaron dos proteínas importantes que actuaban en el ribosoma. Un poco tautológicamente llamado Thermus thermophilus, fue descubierto por Tyro Oshima en aguas termales en la península de Izu en 1971. Crece mejor a 75 ° C.

Garber viajó a Japón durante varios meses y en diciembre de 1979 trajo varios cultivos bacterianos a la URSS, pero, desafortunadamente, los microorganismos murieron en el camino. Le pidió a Oshima que le enviara sus células nuevas por correo, y llegaron a salvo. A fines de 1980, Garber y sus colegas lograron trabajar fructíferamente con estas bacterias y obtuvieron hermosos cristales de proteína (o más bien, factor de proteína), llamado factor de elongación G, que ayuda al ribosoma a moverse a lo largo del ARNm.

El primer éxito con las proteínas T. thermophilus inspiró a Garber y sus colegas a experimentar con este organismo. Resultó ser bastante costoso cultivar T. thermophilus en la URSS, y Garber invitó a otros científicos soviéticos a desmontar la bacteria para obtener todas las proteínas que podrían ser útiles.

Entre sus colegas, Garber fue Igor Nikolayevich Serdyuk, que estaba involucrado en "contactos con socios extranjeros", que a menudo viajaban a Occidente sin problemas incluso en el apogeo de la Guerra Fría. Anteriormente, utilizaba métodos de baja resolución, delineando la forma de los ribosomas, por lo que, naturalmente, se preguntó si podrían cristalizar utilizando materiales del laboratorio Garber. Él y su estudiante Elizabeth Karpova purificaron los ribosomas de T. thermophilus y obtuvieron cristales muy pequeños, similares a los primeros cristales sintetizados en Berlín. Después de este éxito, Garber recurrió a Spirin con una solicitud para apoyar al grupo y sus intentos de cristalizar los ribosomas de la nueva cepa.

Estuvo de acuerdo, y varias personas más se unieron al caso, entre las cuales debe destacarse a Marat Yusupov, un estudiante de Spirin. Al no tener experiencia seria en cristalización, los científicos pidieron ayuda a dos empleados del Instituto de Cristalografía de Moscú: Vladimir Barynin y Sergey Trakhanov. Para 1986, pudieron cristalizar la pequeña subunidad, y también, utilizando la técnica por la cual Trakhanov eliminó los ribosomas, un ribosoma completo. Ahora, teniendo en cuenta los cristales 50S obtenidos por las fuerzas de Jonat y Wittmann, ambas subunidades y todo el ribosoma estaban a disposición de los científicos.

Yusupov presentó sus resultados en la forma de un póster que se mostró en julio de 1987 en Bishenbourg, cerca de Estrasburgo en Francia, y un mes después este trabajo fue publicado en la prestigiosa revista científica FEBS Letters. Después de un par de meses, Jonat y Wittmann informaron que también lograron cristalizar la pequeña subunidad y los ribosomas completos en el material de la misma cepa de T. thermophilus. Publicaron sus resultados en la misma revista desconocida Biochemistry International. Al año siguiente, Yonat escribió que lograron mejorar los cristales de la pequeña subunidad (30S), y ahora al menos no se veían peor que los soviéticos.

Esto podría conducir a una feroz competencia entre los grupos soviéticos y alemanes, pero esto no sucedió. Los rusos recibieron mucha menos financiación que los alemanes y estaban menos equipados, especialmente para el procesamiento cristalográfico de moléculas grandes. Intentando llevar la investigación a la siguiente etapa, Marat Yusupov y su esposa Gulnara fueron a Estrasburgo, donde continuarían el estudio cristalográfico de los ribosomas junto con Jean-Pierre Ebel y Dino Moras. Por razones que Yusupov no conocía, Ebel decidió en algún momento dejar de cooperar. Spirin creía que Jonath y Wittmann convencieron a Ebel de que no valía la pena competir con ellos.

Cualesquiera que sean las razones reales, los desarrollos soviéticos sobre la cristalización de los ribosomas se han desvanecido. Maria Garber volvió a sus antiguos intereses científicos: el estudio de proteínas y factores ribosómicos individuales. Decepcionados con el trabajo infructuoso, algunos representantes clave del grupo de investigación soviético se dispersaron por todo el mundo. Unos años más tarde, a mediados de la década de 1990, Yusupov le escribió a Harry Noller, un destacado bioquímico y especialista en ribosomas de la Universidad de California, Santa Cruz, pidiéndole permiso para trabajar en la estructura de los ribosomas en su laboratorio, pero esta historia debería dejarse para más adelante. Sergei Trakhanov llevó esencialmente una vida nómada, después de haber logrado trabajar en Japón y Estados Unidos durante veinte años. También trabajó durante algún tiempo en el laboratorio de Noller, después de que Yusupov partió de allí; entonces Trakhanov regresó a Europa.

Con el cierre real del proyecto soviético, Yonat permaneció a la cabeza del único grupo de cristalografía de ribosomas. A fines de la década de 1980, aún no era posible obtener un solo cristal tan bueno que la estructura atómica de ambas subunidades del ribosoma, y ​​aún más del objeto completo, fuera visible en él. Pero fueron bastante adecuados para juzgar aproximadamente cómo interactúan las proteínas y el ARN en el ribosoma.

De hecho, la estructura del ribosoma se convirtió gradualmente en un mapa de imágenes borrosas obtenidas usando un microscopio electrónico. Parte del trabajo que era relevante en ese momento estaba asociado con anticuerpos, es decir, con proteínas que son sintetizadas por nuestro sistema inmune y pueden unirse a objetivos estrictamente definidos. En un experimento, Jim Lake, de la Universidad de California en Los Ángeles, sintetizó anticuerpos que reconocieron el comienzo de una proteína recién hecha. En 1982, demostró que estos anticuerpos se unen a la parte posterior de una subunidad grande, es decir, exactamente opuesta al punto donde un nuevo aminoácido con ARNt se une a una cadena de polipéptidos expandible. La conclusión fue que una subunidad grande debería tener un túnel: el peculiar canal de parto, que pasará una nueva cadena de proteínas,antes de aparecer en el otro lado. En 1986, Nigel Anwin confirmó la existencia de dicho túnel mediante el análisis de cristales de electrones de cristales planos obtenidos a partir de ribosomas de lagarto utilizando un microscopio electrónico. Al año siguiente, Jonat y Wittmann también informaron que hay un túnel en la subunidad, basándose en las secciones planas de los cristales ribosómicos que ellos mismos obtuvieron mediante microscopía electrónica. Ambos informes se basaron en imágenes de baja resolución, lejos de la vista actual del ribosoma, pero los científicos identificaron con confianza otros objetos como un túnel, cuya existencia ya había sido probada por Lake.Al año siguiente, Jonat y Wittmann también informaron que hay un túnel en la subunidad, basándose en las secciones planas de los cristales ribosómicos que ellos mismos obtuvieron mediante microscopía electrónica. Ambos informes se basaron en imágenes de baja resolución, lejos de la vista actual del ribosoma, pero los científicos identificaron con confianza otros objetos como un túnel, cuya existencia ya había sido probada por Lake.Al año siguiente, Jonat y Wittmann también informaron que hay un túnel en la subunidad, basándose en las secciones planas de los cristales ribosómicos que ellos mismos obtuvieron mediante microscopía electrónica. Ambos informes se basaron en imágenes de baja resolución, lejos de la vista actual del ribosoma, pero los científicos identificaron con confianza otros objetos como un túnel, cuya existencia ya había sido probada por Lake.

Aparte de estos resultados, el progreso ha sido lento. Incluso una década después de que se obtuvieron los primeros cristales de ribosomas tridimensionales, no quedó claro si sería posible construir al menos algunos mapas inteligibles basados ​​en la cristalografía de rayos X. Sin embargo, Ada Yonat se aferró a este sueño y buscó mejorar sus cristales.

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