Livro “Detetive Genético. Da pesquisa de ribossomos ao Prêmio Nobel ”

Olá, habrozhiteli!

Venkatraman “Wreaths” Ramakrishnan é um bioquímico americano e britânico, Prêmio Nobel de Química em 2009 com Thomas Steitz e Ada Yonat “pela pesquisa sobre a estrutura e as funções do ribossomo”. Desde 2015, presidente da Royal Society, membro da Academia Nacional de Ciências dos EUA.

Todo mundo sabe sobre o DNA, a molécula que armazena nossos genes. Mas o DNA é inútil sem um ribossomo - um processador único que descriptografa o código genético. É o ribossomo que é o motor da vida. “O detetive genético. Do estudo do ribossomo ao Prêmio Nobel ”, é uma história fascinante sobre a descoberta de sua estrutura incrivelmente complexa e o desvendar do antigo mistério da vida.

Excerto. Primeiros cristais

Seu sucesso motivou outras pessoas a participar desse trabalho. O governo soviético organizou um grande centro científico na cidade de Pushchino. Havia vários institutos de pesquisa bem financiados, um dos quais chefiado por um brilhante bioquímico e especialista em ribossomos Alexander Sergeyevich Spirin. Como Wittmann, ele liderou um grande departamento científico, onde quase todos os aspectos dos ribossomos eram estudados. Ele não era tão sistemático quanto Wittmann, tinha uma rica imaginação científica e estava pronto para publicar idéias ousadas. Além disso, Spirin mostrou-se uma pessoa muito independente que não se curvou às autoridades. Assim, uma vez que ele foi convidado a assinar uma petição com a iniciativa de expulsar Andrei Sakharov, o famoso físico nuclear, dissidente, criador da bomba de hidrogênio soviética, da Academia de Ciências da URSS.Uma recusa aberta em assinar tal petição poderia parecer um ato de visão política por parte de um membro proeminente da Academia de Ciências, além do diretor de um grande instituto de pesquisa, então Spirin decidiu fazer uma viagem de caça às florestas adjacentes a Pushchino por um tempo.

Uma de suas colaboradoras, Maria Borisovna Garber, liderou um pequeno grupo que tentou cristalizar proteínas ribossômicas individuais ou fatores proteicos que fornecem várias funções ribossômicas. Como o resto, ela trabalhou em material de E. coli.

Garber mudou sua abordagem para o estudo dos ribossomos em 1978, depois de ler um relatório japonês que descrevia o trabalho com uma nova bactéria termofílica, cujo material era possível cristalizar duas importantes proteínas que atuam no ribossomo. Um pequeno nome tautologicamente Thermus thermophilus, foi descoberto por Tyro Oshima em fontes termais na Península de Izu em 1971. Cresce melhor a 75 ° C.

Garber viajou para o Japão por vários meses e, em dezembro de 1979, trouxe várias culturas bacterianas para a URSS - mas, infelizmente, os microorganismos morreram no caminho. Ela pediu a Oshima para enviar suas novas células pelo correio, e elas chegaram em segurança. No final de 1980, Garber e colegas conseguiram trabalhar frutuosamente com essas bactérias e obtiveram belos cristais de proteína (ou melhor, fator de proteína), chamado fator de alongamento G, que ajuda o ribossomo a se mover ao longo do mRNA.

O primeiro sucesso com as proteínas T. thermophilus inspirou Garber e seus colegas a experimentar esse organismo. Acabou sendo muito caro cultivar T. thermophilus na URSS, e Garber convidou outros cientistas soviéticos a desmontar a bactéria para todas as proteínas que poderiam ser úteis.

Entre seus colegas, Garber era Igor Nikolayevich Serdyuk, envolvido em "contatos com parceiros estrangeiros", que frequentemente viajavam para o Ocidente sem problemas, mesmo no auge da Guerra Fria. Anteriormente, ele usava métodos de baixa resolução, descrevendo a forma dos ribossomos, tão naturalmente que se perguntava se eles poderiam cristalizar usando materiais do laboratório Garber. Ele e sua aluna Elizabeth Karpova purificaram os ribossomos de T. thermophilus e obtiveram cristais muito pequenos, semelhantes aos primeiros cristais sintetizados em Berlim. Após esse sucesso, Garber procurou Spirin com um pedido para apoiar o grupo e suas tentativas de cristalizar os ribossomos da nova cepa.

Ele concordou e várias outras pessoas entraram no caso, entre as quais se destacou Marat Yusupov, estudante de Spirin. Não tendo nenhuma experiência séria em cristalização, os cientistas pediram ajuda a dois funcionários do Instituto de Cristalografia de Moscou - Vladimir Barynin e Sergey Trakhanov. Em 1986, eles foram capazes de cristalizar a pequena subunidade e também, usando a técnica pela qual Trakhanov limpou os ribossomos, um ribossomo inteiro. Agora, levando em conta os cristais 50S obtidos pelas forças de Jonat e Wittmann, ambas as subunidades e todo o ribossomo estavam à disposição dos cientistas.

Yusupov apresentou seus resultados na forma de um cartaz exibido em julho de 1987 em Bishenbourg, perto de Estrasburgo, na França, e um mês depois esse trabalho foi publicado na prestigiosa revista científica FEBS Letters. Após alguns meses, Jonat e Wittmann relataram que eles também conseguiram cristalizar a pequena subunidade e ribossomos inteiros no material da mesma cepa de T. thermophilus. Eles publicaram seus resultados na mesma revista desconhecida Biochemistry International. No ano seguinte, Yonat escreveu que eles conseguiram melhorar os cristais da pequena subunidade (30S) e agora pareciam pelo menos não piores que os soviéticos.

Isso poderia levar a uma concorrência acirrada entre os grupos soviético e alemão, mas isso não aconteceu. Os russos receberam muito menos recursos do que os alemães e estavam menos equipados, especialmente para o processamento cristalográfico de grandes moléculas. Tentando levar a pesquisa para a próxima etapa, Marat Yusupov e sua esposa Gulnara foram para Estrasburgo, onde continuariam o estudo cristalográfico dos ribossomos, juntamente com Jean-Pierre Ebel e Dino Moras. Por razões que permaneciam desconhecidas para Yusupov, Ebel decidiu em algum momento interromper a cooperação. Spirin acreditava que Jonath e Wittmann convenceram Ebel de que não valia a pena competir com eles.

Quaisquer que sejam as razões reais, os desenvolvimentos soviéticos na cristalização dos ribossomos desapareceram. Maria Garber voltou aos seus antigos interesses científicos: o estudo de proteínas e fatores ribossômicos individuais. Desapontados com o trabalho infrutífero, alguns representantes importantes do grupo de pesquisa soviético se espalharam pelo mundo. Alguns anos depois, em meados da década de 1990, Yusupov escreveu a Harry Noller, especialista em bioquímica e ribossomo da Universidade da Califórnia, Santa Cruz, pedindo permissão para trabalhar na estrutura do ribossomo em seu laboratório, mas essa história deve ser deixada para mais tarde. Sergei Trakhanov levou essencialmente uma vida nômade, tendo conseguido trabalhar no Japão e nos EUA por vinte anos. Ele também trabalhou por algum tempo no laboratório de Noller, depois que Yusupov partiu de lá; então Trakhanov retornou à Europa.

Com o fechamento real do projeto soviético, Yonat permaneceu à frente do único grupo de cristalografia de ribossomos. No final da década de 1980, ainda não era possível obter um único cristal tão bom que a estrutura atômica de ambas as subunidades do ribossomo, e mais ainda de todo o objeto, era visível nele. Mas eles eram bastante adequados para julgar grosseiramente como proteínas e RNA interagem no ribossomo.

De fato, a estrutura do ribossomo gradualmente se transformou em um mapa de imagens borradas obtidas usando um microscópio eletrônico. Parte do trabalho que era relevante na época estava associada a anticorpos, isto é, a proteínas sintetizadas pelo nosso sistema imunológico e que podem ser associadas a alvos estritamente definidos. Em um experimento, Jim Lake, da Universidade da Califórnia em Los Angeles, sintetizou anticorpos que reconheciam o início de uma proteína recém-fabricada. Em 1982, ele demonstrou que esses anticorpos se ligam à parte traseira de uma grande subunidade, isto é, exatamente oposto ao ponto em que um novo aminoácido com tRNA se liga a uma cadeia polipeptídica expansível. A conclusão foi que uma grande subunidade deveria ter um túnel: o peculiar canal de nascimento, que passará por uma nova cadeia de proteínas,antes de aparecer do outro lado. Em 1986, Nigel Anwin confirmou a existência desse túnel analisando cristais de elétrons de cristais planos obtidos a partir de ribossomos de lagarto usando um microscópio eletrônico. No ano seguinte, Jonat e Wittmann também relataram que existe um túnel na subunidade, contando com as seções planas dos cristais ribossômicos que eles mesmos obtiveram por microscopia eletrônica. Ambos os relatórios foram baseados em imagens de baixa resolução, longe da visão atual do ribossomo, mas os cientistas identificaram com confiança outros objetos como um túnel, cuja existência já havia sido comprovada por Lake.No ano seguinte, Jonat e Wittmann também relataram que existe um túnel na subunidade, contando com as seções planas dos cristais ribossômicos que eles mesmos obtiveram por microscopia eletrônica. Ambos os relatórios foram baseados em imagens de baixa resolução, longe da visão atual do ribossomo, mas os cientistas identificaram com confiança outros objetos como um túnel, cuja existência já havia sido comprovada por Lake.No ano seguinte, Jonat e Wittmann também relataram que existe um túnel na subunidade, contando com as seções planas dos cristais ribossômicos que eles mesmos obtiveram por microscopia eletrônica. Ambos os relatórios foram baseados em imagens de baixa resolução, longe da visão atual do ribossomo, mas os cientistas identificaram com confiança outros objetos como um túnel, cuja existência já havia sido comprovada por Lake.

Além desses resultados, o progresso tem sido lento. Mesmo uma década após a obtenção dos primeiros cristais tridimensionais do ribossomo, ainda não se sabia se seria possível construir pelo menos alguns mapas inteligíveis com base na cristalografia de raios-X. No entanto, Ada Yonat se apegou a esse sonho e procurou melhorar seus cristais.

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