Livre «Détective génétique. De la recherche sur les ribosomes au prix Nobel »

Bonjour, habrozhiteli!

Venkatraman «Wreaths» Ramakrishnan est un biochimiste américain et britannique, lauréat du prix Nobel de chimie 2009 avec Thomas Steitz et Ada Yonat «pour ses recherches sur la structure et les fonctions du ribosome». Depuis 2015, président de la Royal Society, membre de la US National Academy of Sciences.

Tout le monde connaît l'ADN, la molécule qui stocke nos gènes. Mais l'ADN est inutile sans ribosome - un processeur unique qui déchiffre le code génétique. C'est le ribosome qui est le moteur de la vie. «Le détective génétique. De l'étude du ribosome au prix Nobel »est une histoire fascinante sur la découverte de sa structure incroyablement complexe et la révélation de l'ancien mystère de la vie.

Extrait. Premiers cristaux

Leur succès a motivé d'autres à se joindre à un tel travail. Le gouvernement soviétique a organisé un grand centre scientifique dans la ville de Pushchino. Il y avait plusieurs instituts de recherche bien financés, dont l'un était dirigé par un brillant biochimiste et spécialiste des ribosomes Alexander Sergeyevich Spirin. Comme Wittmann, il a dirigé un grand département scientifique, où presque tous les aspects des ribosomes ont été étudiés. Il n'était pas aussi systématique que Wittmann, avait une imagination scientifique riche et était prêt à publier des idées audacieuses. De plus, Spirin s'est avéré être une personne très indépendante qui ne s'est pas pliée aux autorités. Ainsi, une fois qu'on lui a demandé de signer une pétition avec l'initiative d'expulser Andrei Sakharov, le célèbre physicien nucléaire, dissident, créateur de la bombe à hydrogène soviétique, de l'Académie des sciences de l'URSS.Un refus ouvert de signer une telle pétition aurait pu sembler un acte politiquement myope de la part d'un membre éminent de l'Académie des sciences, en plus du directeur d'un grand institut de recherche, alors Spirin a décidé de partir pour une partie de chasse dans les forêts adjacentes à Pushchino pendant une courte période.

L'un de ses collaborateurs, Maria Borisovna Garber, a dirigé un petit groupe qui a tenté de cristalliser des protéines ribosomiques individuelles ou des facteurs protéiques qui assurent diverses fonctions ribosomiques. Comme les autres, elle a travaillé sur du matériel E. coli.

Garber a changé son approche de l'étude des ribosomes en 1978 en lisant un rapport japonais qui décrivait le travail avec une nouvelle bactérie thermophile, sur le matériau duquel deux protéines importantes qui agissaient dans le ribosome ont été cristallisées. Un peu nommé tautologiquement Thermus thermophilus, il a été découvert par Tyro Oshima dans des sources chaudes de la péninsule d'Izu en 1971. Il pousse mieux à 75 ° C.

Garber a voyagé au Japon pendant plusieurs mois et, en décembre 1979, a amené plusieurs de ces cultures bactériennes en URSS - mais, malheureusement, des micro-organismes sont morts en chemin. Elle a demandé à Oshima de lui envoyer ses nouvelles cellules par courrier, et ils sont arrivés en toute sécurité. À la fin de 1980, Garber et ses collègues ont réussi à travailler fructueusement sur ces bactéries et ont obtenu de beaux cristaux de protéines (ou plutôt de facteur protéique), appelés facteur d'élongation G, qui aident le ribosome à se déplacer le long de l'ARNm.

Le premier succès avec les protéines de T. thermophilus a inspiré Garber et ses collègues à expérimenter avec cet organisme. Il s'est avéré assez coûteux de cultiver T. thermophilus en URSS, et Garber a invité d'autres scientifiques soviétiques à démonter la bactérie ensemble pour toutes les protéines qui pourraient être utiles.

Parmi ses collègues, Garber était Igor Nikolayevich Serdyuk, qui était engagé dans des «contacts avec des partenaires étrangers», qui se rendaient souvent en Occident sans problème, même au plus fort de la guerre froide. Auparavant, il utilisait des méthodes à basse résolution, décrivant la forme des ribosomes, alors naturellement, il se demandait s'ils pouvaient cristalliser en utilisant des matériaux du laboratoire Garber. Lui et son élève Elizabeth Karpova ont purifié les ribosomes de T. thermophilus et obtenu de très petits cristaux, similaires aux premiers cristaux synthétisés à Berlin. Après ce succès, Garber s'est tourné vers Spirin avec une demande pour soutenir le groupe et ses tentatives de cristalliser les ribosomes de la nouvelle souche.

Il a accepté et plusieurs autres personnes se sont jointes à l'affaire, parmi lesquelles Marat Yusupov, un étudiant de Spirin. N'ayant aucune expérience sérieuse de la cristallisation, les scientifiques ont demandé de l'aide à deux employés de l'Institut de cristallographie de Moscou - Vladimir Barynin et Sergey Trakhanov. En 1986, ils ont pu cristalliser la petite sous-unité, et aussi, en utilisant la technique par laquelle Trakhanov a nettoyé les ribosomes, un ribosome entier. Maintenant, compte tenu des cristaux 50S obtenus par les forces de Jonat et Wittmann, les sous-unités et le ribosome entier étaient à la disposition des scientifiques.

Yusupov a présenté ses résultats sous la forme d'une affiche présentée en juillet 1987 à Bishenbourg près de Strasbourg en France, et un mois plus tard, ce travail a été publié dans la prestigieuse revue scientifique FEBS Letters. Après quelques mois, Jonat et Wittmann ont rapporté qu'ils avaient également réussi à cristalliser la petite sous-unité et les ribosomes entiers sur le matériau de la même souche de T. thermophilus. Ils ont publié leurs résultats dans la même revue inconnue Biochemistry International. L'année suivante, Yonat a écrit qu'ils avaient réussi à améliorer les cristaux de la petite sous-unité (30S), et maintenant ils n'avaient pas l'air pire que les soviétiques.

Cela pourrait conduire à une concurrence féroce entre les groupes soviétiques et allemands, mais cela ne s'est pas produit. Les Russes recevaient beaucoup moins de financement que les Allemands et étaient moins équipés, notamment pour le traitement cristallographique de grosses molécules. Pour faire passer la recherche à l'étape suivante, Marat Yusupov et son épouse Gulnara se sont rendus à Strasbourg, où ils allaient poursuivre l'étude cristallographique des ribosomes avec Jean-Pierre Ebel et Dino Moras. Pour des raisons inconnues de Yusupov, Ebel a décidé à un moment donné de mettre fin à la coopération. Spirin croyait que Jonath et Wittmann avaient convaincu Ebel que cela ne valait pas la peine de rivaliser avec eux.

Quelles que soient les vraies raisons, les développements soviétiques sur la cristallisation des ribosomes se sont estompés. Maria Garber est revenue à ses anciens intérêts scientifiques: l'étude des protéines et des facteurs ribosomiques individuels. Déçus du travail infructueux, certains représentants clés du groupe de recherche soviétique se sont dispersés dans le monde. Quelques années plus tard, au milieu des années 1990, Yusupov a écrit à Harry Noller, un biochimiste et spécialiste des ribosomes de l'Université de Californie à Santa Cruz, pour lui demander l'autorisation de travailler sur la structure des ribosomes dans son laboratoire, mais cette histoire devrait être laissée pour plus tard. Sergei Trakhanov a mené une vie essentiellement nomade, ayant réussi à travailler au Japon et aux États-Unis pendant vingt ans. Il a également travaillé pendant un certain temps dans le laboratoire de Noller, après le départ de Yusupov; Trakhanov est ensuite retourné en Europe.

Avec la fermeture effective du projet soviétique, Yonat est resté à la tête du seul groupe de cristallographie des ribosomes. À la fin des années 1980, il n'était pas encore possible d'obtenir un monocristal si bon que la structure atomique des deux sous-unités du ribosome, et plus encore de l'objet entier, y était visible. Mais ils étaient tout à fait appropriés afin de juger à peu près comment les protéines et l'ARN interagissent dans le ribosome.

En effet, la structure du ribosome s'est progressivement transformée en une carte d'images floues obtenues à l'aide d'un microscope électronique. Une partie du travail qui était pertinente à l'époque était associée à des anticorps, c'est-à-dire à des protéines qui sont synthétisées par notre système immunitaire et peuvent se fixer à des cibles strictement définies. Dans une expérience, Jim Lake de l'Université de Californie à Los Angeles a synthétisé des anticorps qui ont reconnu le début d'une protéine nouvellement fabriquée. En 1982, il a démontré que ces anticorps se fixent à l'arrière d'une grande sous-unité, c'est-à-dire exactement en face du point où un nouvel acide aminé avec l'ARNt se fixe à une chaîne polypeptidique expansible. La conclusion était qu'une grande sous-unité devrait avoir un tunnel: le canal de naissance particulier, qui passera par une nouvelle chaîne protéique,avant d'apparaître de l'autre côté. En 1986, Nigel Anwin a confirmé l'existence d'un tel tunnel en analysant des cristaux d'électrons de cristaux plats obtenus à partir de ribosomes de lézards à l'aide d'un microscope électronique. L'année suivante, Jonat et Wittmann ont également signalé qu'il y avait un tunnel dans la sous-unité, reposant sur les sections plates des cristaux ribosomiques qu'ils avaient eux-mêmes obtenus par microscopie électronique. Ces deux rapports étaient basés sur des images à basse résolution, loin de la vue actuelle du ribosome, mais les scientifiques ont identifié avec confiance d'autres objets comme un tunnel, dont l'existence avait déjà été prouvée par Lake.L'année suivante, Jonat et Wittmann ont également signalé qu'il y avait un tunnel dans la sous-unité, reposant sur les sections plates des cristaux ribosomiques qu'ils avaient eux-mêmes obtenus par microscopie électronique. Ces deux rapports étaient basés sur des images à basse résolution, loin de la vue actuelle du ribosome, mais les scientifiques ont identifié avec confiance d'autres objets comme un tunnel, dont l'existence avait déjà été prouvée par Lake.L'année suivante, Jonat et Wittmann ont également signalé qu'il y avait un tunnel dans la sous-unité, reposant sur les sections plates des cristaux ribosomiques qu'ils avaient eux-mêmes obtenus par microscopie électronique. Ces deux rapports étaient basés sur des images à basse résolution, loin de la vue actuelle du ribosome, mais les scientifiques ont identifié avec confiance d'autres objets comme un tunnel, dont l'existence avait déjà été prouvée par Lake.

Hormis ces résultats, les progrès ont été lents. Même une décennie après l'obtention des premiers cristaux de ribosomes tridimensionnels, il était difficile de savoir s'il serait possible de construire au moins quelques cartes intelligibles basées sur la cristallographie aux rayons X. Néanmoins, Ada Yonat s'est accrochée à ce rêve et a cherché à améliorer ses cristaux.

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