पुस्तक “जेनेटिक डिटेक्टिव। नोबेल पुरस्कार के लिए राइबोसोम अनुसंधान से

हैलो, हब्रोज़िटेली!

वेंकटरमण "पुष्पांजलि" रामकृष्णन एक अमेरिकी और ब्रिटिश जैव रसायनविद, रसायन विज्ञान में 2009 के नोबेल पुरस्कार के विजेता हैं, साथ में थॉमस स्टिट्ज और एडा योनट, "राइबोसोम की संरचना और कार्यों के अध्ययन के लिए।" 2015 से, रॉयल सोसायटी के अध्यक्ष, यूएस नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज के सदस्य हैं।

हर कोई डीएनए के बारे में जानता है, जो हमारे जीन को संग्रहीत करता है। लेकिन डीएनए एक राइबोसोम के बिना बेकार है - एक अद्वितीय प्रोसेसर जो आनुवंशिक कोड को डिक्रिप्ट करता है। यह राइबोसोम है जो जीवन का इंजन है। “आनुवंशिक जासूसी। राइबोसोम के अध्ययन से लेकर नोबेल पुरस्कार तक, इसकी अविश्वसनीय रूप से जटिल संरचना की खोज और जीवन के प्राचीन रहस्य को जानने की एक दिलचस्प कहानी है।

अंश। पहले क्रिस्टल

उनकी सफलता ने दूसरों को ऐसे काम में शामिल होने के लिए प्रेरित किया। सोवियत सरकार ने पुश्किनो शहर में एक बड़ा वैज्ञानिक केंद्र आयोजित किया। कई अच्छी तरह से वित्त पोषित अनुसंधान संस्थान थे, जिनमें से एक का नेतृत्व एक शानदार बायोकेमिस्ट और राइबोसोम विशेषज्ञ अलेक्जेंडर सर्गेयेविच स्पाइरिन ने किया था। विटमैन की तरह, उन्होंने एक बड़े वैज्ञानिक विभाग का नेतृत्व किया, जहां राइबोसोम के लगभग सभी पहलुओं का अध्ययन किया गया। वह विटमैन के रूप में व्यवस्थित नहीं था, एक समृद्ध वैज्ञानिक कल्पना थी और वह साहसिक विचारों को प्रकाशित करने के लिए तैयार था। इसके अलावा, स्पिरिन ने खुद को एक बहुत ही स्वतंत्र व्यक्ति दिखाया, जो अधिकारियों के सामने झुकता नहीं था। इसलिए, एक बार उन्हें यूएसएसआर एकेडमी ऑफ साइंसेज से सोवियत परमाणु बम के असंतुष्ट, प्रसिद्ध परमाणु भौतिक विज्ञानी, आंद्रेई सखारोव को निष्कासित करने की पहल के साथ एक याचिका पर हस्ताक्षर करने के लिए कहा गया था।इस तरह की याचिका पर हस्ताक्षर करने से इनकार करने पर एक बड़े शोध संस्थान के निदेशक के अलावा विज्ञान अकादमी के एक प्रमुख सदस्य की ओर से राजनीतिक रूप से अदूरदर्शी कार्रवाई प्रतीत हो सकती है, इसलिए स्पिरिन ने थोड़ी देर के लिए पुशिनो से सटे जंगलों में शिकार यात्रा पर जाने का फैसला किया।

उनके सहयोगियों में से एक, मारिया बोरिसोवना गर्बर ने एक छोटे समूह का नेतृत्व किया, जिसने अलग-अलग राइबोसोम प्रोटीन या प्रोटीन कारकों को क्रिस्टलीकृत करने का प्रयास किया जो विभिन्न राइबोसोम कार्य प्रदान करते हैं। बाकी की तरह, उसने ई। कोलाई सामग्री पर काम किया।

गार्बर ने 1978 में एक जापानी रिपोर्ट को पढ़कर राइबोसोम के अध्ययन के लिए अपना दृष्टिकोण बदल दिया जिसमें एक नए थर्मोफिलिक जीवाणु के साथ काम का वर्णन किया गया था, जिस सामग्री पर राइबोसोम में काम करने वाले दो महत्वपूर्ण प्रोटीनों को क्रिस्टलीकृत किया गया था। थर्मस थर्मोफिलस नाम का एक छोटा सा टोटल, यह 1971 में इज़ू प्रायद्वीप पर हॉट स्प्रिंग्स में टायरो ओशिमा द्वारा खोजा गया था। यह 75 डिग्री सेल्सियस पर सबसे अच्छा बढ़ता है।

गरबर ने कई महीनों तक जापान की यात्रा की और दिसंबर 1979 में कई ऐसी जीवाणु संस्कृतियों को यूएसएसआर में लाया - लेकिन, दुर्भाग्य से, सूक्ष्मजीवों ने रास्ते में ही दम तोड़ दिया। उसने ओशिमा को मेल द्वारा अपनी ताज़ा कोशिकाएँ भेजने के लिए कहा, और वे सुरक्षित रूप से पहुंचे। 1980 के अंत तक, गार्बर और सहकर्मी इन जीवाणुओं पर फलने-फूलने में कामयाब रहे और प्रोटीन के सुंदर क्रिस्टल (या बल्कि प्रोटीन कारक) प्राप्त किए, जिसे बढ़ाव कारक G कहा जाता है, जो राइबोसोम को mRNA के साथ चलने में मदद करता है।

टी। थर्मोफिलस प्रोटीन के साथ पहली सफलता ने गरबर और उसके सहयोगियों को इस जीव के साथ प्रयोग करने के लिए प्रेरित किया। यूएसएसआर में टी। थर्मोफिलस उगाने के लिए यह काफी महंगा हो गया, और गरबर ने अन्य सोवियत वैज्ञानिकों को सभी प्रोटीनों के लिए एक साथ जीवाणु को इकट्ठा करने के लिए आमंत्रित किया जो उपयोगी हो सकता है।

अपने सहयोगियों में, गार्बर इगोर निकोलायेविच सर्डियुक थे, जो "विदेशी सहयोगियों के साथ संपर्क" में लगे हुए थे, जो अक्सर शीत युद्ध की ऊंचाई पर भी समस्याओं के बिना पश्चिम की यात्रा करते थे। पहले, उन्होंने रिबोसोम के आकार को रेखांकित करते हुए कम-रिज़ॉल्यूशन के तरीकों का इस्तेमाल किया, इसलिए स्वाभाविक रूप से उन्होंने सोचा कि क्या वे गार्बर लैब से सामग्री का उपयोग करके क्रिस्टलीकृत हो सकते हैं। उन्होंने और उनके छात्र एलिजाबेथ कार्पोवा ने टी। थर्मोफिलस राइबोसोम को शुद्ध किया और बर्लिन में संश्लेषित पहले क्रिस्टल के समान बहुत छोटे क्रिस्टल प्राप्त किए। इस सफलता के बाद, गार्बर ने स्पिरिन की ओर रुख किया और समूह के समर्थन और नए तनाव के राइबोसोम के क्रिस्टलीकरण के प्रयासों का समर्थन किया।

वह सहमत हो गया, और कई और लोग इस मामले में शामिल हो गए, जिनके बीच स्पैरिन के छात्र, मारत यूसुपोव को नोट किया जाना चाहिए। क्रिस्टलीकरण में कोई गंभीर अनुभव नहीं होने पर, वैज्ञानिकों ने मॉस्को इंस्टीट्यूट ऑफ क्रिस्टलोग्राफी के दो कर्मचारियों - व्लादिमीर बेरिनिन और सर्गेई ट्रेखानोव की मदद की। 1986 तक, वे छोटी सबयूनिट को क्रिस्टलीकृत करने में सक्षम थे, और साथ ही, उस तकनीक का उपयोग करके, जिसमें ट्रेखानोव ने राइबोसोम, एक पूरे राइबोसोम को साफ किया। अब, जोनाट और विटमैन की सेनाओं द्वारा प्राप्त 50S क्रिस्टल को ध्यान में रखते हुए, दोनों सबयूनिट और पूरे राइबोसोम वैज्ञानिकों के निपटान में थे।

युसुपोव ने जुलाई 1987 में फ्रांस के स्ट्रासबर्ग के पास बिशनबर्ग में दिखाए गए पोस्टर के रूप में अपने परिणाम प्रस्तुत किए और एक महीने बाद यह काम प्रतिष्ठित वैज्ञानिक पत्रिका FEBS लेटर्स में प्रकाशित हुआ। कुछ महीनों के बाद, जोनाट और विटमैन ने बताया कि वे एक ही टी। थर्मोफिलस स्ट्रेन की सामग्री पर छोटे सबयूनिट और पूरे राइबोसोम को क्रिस्टलीकृत करने में कामयाब रहे। उन्होंने अपना परिणाम उसी अज्ञात पत्रिका बायोकैमिस्ट्री इंटरनेशनल में प्रकाशित किया। अगले वर्ष, योनत ने लिखा कि वे छोटे सबयूनिट (30 एस) के क्रिस्टल में सुधार करने में कामयाब रहे, और अब वे कम से कम सोवियत लोगों से भी बदतर दिखते थे।

इससे सोवियत और जर्मन समूहों के बीच भयंकर प्रतिस्पर्धा हो सकती है, लेकिन ऐसा नहीं हुआ। रूसियों को जर्मनों की तुलना में बहुत कम धन प्राप्त हुआ, और वे कम सुसज्जित थे, विशेष रूप से बड़े अणुओं के क्रिस्टलोग्राफिक प्रसंस्करण के लिए। अनुसंधान को अगले चरण में ले जाने की कोशिश करते हुए, मराट युसुपोव और उनकी पत्नी गुलनारा स्ट्रासबर्ग गए, जहां वे जीन-पियरे एबेल और डिनो मानस के साथ राइबोसोम के क्रिस्टलोग्राफिक अध्ययन को जारी रखने वाले थे। युसुपोव के लिए अज्ञात बने रहने वाले कारणों के लिए, एबेल ने कुछ बिंदु पर सहयोग को रोकने का फैसला किया। स्पिरिन का मानना ​​था कि जोनाथ और विटमैन ने एबेल को आश्वस्त किया कि यह उनके साथ प्रतिस्पर्धा करने के लायक नहीं था।

वास्तविक कारण जो भी हो, राइबोसोम के क्रिस्टलीकरण पर सोवियत विकास फीका पड़ गया। मारिया गार्बर अपने पूर्व वैज्ञानिक हितों पर लौट आईं: व्यक्तिगत राइबोसोमल प्रोटीन और कारकों का अध्ययन। फलहीन कार्य से निराश होकर, सोवियत अनुसंधान समूह के कुछ प्रमुख प्रतिनिधियों ने दुनिया भर में फैलाया। कुछ साल बाद, 1990 के दशक के मध्य में, युसुपोव ने कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांता क्रूज़ के एक प्रमुख जैव रसायनविद और राइबोसोम विशेषज्ञ हैरी नोलर को अपनी प्रयोगशाला में राइबोसोम संरचना पर काम करने की अनुमति देने के लिए लिखा, लेकिन इस कहानी को बाद के लिए छोड़ दिया जाना चाहिए। सर्गेई ट्रेखानोव ने अनिवार्य रूप से खानाबदोश जीवन का नेतृत्व किया, जापान और अमेरिका में बीस वर्षों तक काम करने में कामयाब रहे। यूलुपोव के वहाँ से चले जाने के बाद उन्होंने नोलेर में प्रयोगशाला में कुछ समय तक काम किया; उसके बाद ट्रेखानोव यूरोप लौट आया।

सोवियत परियोजना के वास्तविक बंद होने के साथ, योनत एकमात्र राइबोसोम क्रिस्टलोग्राफी समूह के प्रमुख के रूप में रहा। 1980 के दशक के अंत तक, अभी तक एक भी क्रिस्टल प्राप्त करना इतना अच्छा नहीं था कि राइबोसोम के दोनों उप-परमाणुओं की परमाणु संरचना, और यहां तक ​​कि पूरे ऑब्जेक्ट के और भी अधिक, इसमें दिखाई दे रहा था। लेकिन वे मोटे तौर पर न्याय करने के लिए काफी उपयुक्त थे कि कैसे राइबोसोम में प्रोटीन और आरएनए परस्पर क्रिया करते हैं।

दरअसल, राइबोसोम की संरचना धीरे-धीरे इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके प्राप्त धुंधली छवियों के मानचित्र में बन जाती है। उस समय जो कार्य प्रासंगिक था, वह एंटीबॉडीज से संबंधित था, अर्थात प्रोटीन के साथ जो हमारी प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा संश्लेषित होते हैं और कड़ाई से परिभाषित लक्ष्यों से जुड़ सकते हैं। एक प्रयोग में, लॉस एंजिल्स में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के जिम लेक ने एंटीबॉडी का संश्लेषण किया जिसने एक नए बने प्रोटीन की शुरुआत को मान्यता दी। 1982 में, उन्होंने प्रदर्शित किया कि ये एंटीबॉडी एक बड़े सबयूनिट के पीछे संलग्न होते हैं, अर्थात्, उस बिंदु के बिल्कुल विपरीत जहां tRNA के साथ एक नया अमीनो एसिड एक विस्तार योग्य पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में संलग्न होता है। निष्कर्ष यह था कि एक बड़ी सबयूनिट में एक सुरंग होनी चाहिए: अजीबोगरीब जन्म नहर, जो एक नई प्रोटीन श्रृंखला पारित करेगी,दूसरी तरफ दिखाई देने से पहले। 1986 में, निगेल अनविन ने एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके छिपकली राइबोसोम से प्राप्त फ्लैट क्रिस्टल के इलेक्ट्रॉन क्रिस्टल का विश्लेषण करके ऐसी सुरंग के अस्तित्व की पुष्टि की। अगले वर्ष, जोनाट और विटमैन ने यह भी बताया कि सबयूनिट में एक सुरंग है, जो राइबोसोम क्रिस्टल के सपाट खंडों पर निर्भर है जो उन्होंने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके स्वयं प्राप्त किया था। ये दोनों रिपोर्ट निम्न-रिज़ॉल्यूशन की छवियों पर आधारित थीं, जो राइबोसोम के वर्तमान दृश्य से बहुत दूर थी, लेकिन वैज्ञानिकों ने आत्मविश्वास से अन्य वस्तुओं को एक सुरंग के रूप में पहचाना, जिसका अस्तित्व पहले से ही झील द्वारा साबित हो चुका था।अगले वर्ष, जोनाट और विटमन ने यह भी बताया कि सबयूनिट में एक सुरंग है, जो राइबोसोमल क्रिस्टल के सपाट खंडों पर निर्भर है जो उन्होंने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके स्वयं प्राप्त किया था। ये दोनों रिपोर्ट निम्न-रिज़ॉल्यूशन वाली छवियों पर आधारित थीं, जो राइबोसोम के वर्तमान दृश्य से दूर थी, लेकिन वैज्ञानिकों ने आत्मविश्वास से अन्य वस्तुओं को एक सुरंग के रूप में पहचाना, जिसका अस्तित्व पहले से ही झील द्वारा साबित हो चुका था।अगले वर्ष, जोनाट और विटमन ने यह भी बताया कि सबयूनिट में एक सुरंग है, जो राइबोसोमल क्रिस्टल के सपाट खंडों पर निर्भर है जो उन्होंने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके स्वयं प्राप्त किया था। ये दोनों रिपोर्ट निम्न-रिज़ॉल्यूशन वाली छवियों पर आधारित थीं, जो राइबोसोम के वर्तमान दृश्य से दूर थी, लेकिन वैज्ञानिकों ने आत्मविश्वास से अन्य वस्तुओं को एक सुरंग के रूप में पहचाना, जिसका अस्तित्व पहले से ही झील द्वारा साबित हो चुका था।

इन परिणामों के अलावा, प्रगति धीमी रही है। पहले तीन-आयामी राइबोसोम क्रिस्टल प्राप्त करने के एक दशक बाद भी, यह स्पष्ट नहीं रहा कि क्या एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी के आधार पर कम से कम कुछ समझदार मानचित्रों का निर्माण करना संभव होगा। फिर भी, एडा योनाट ने इस सपने को पूरा किया और अपने क्रिस्टल को सुधारने की कोशिश की।

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