Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии

Венки Рамакришнан, 2018

Венкатраман «Венки» Рамакришнан – американский и британский биохимик, лауреат Нобелевской премии по химии за 2009 год совместно с Томасом Стейцем и Адой Йонат «за исследования структуры и функций рибосомы». С 2015 года президент Королевского общества, член Национальной академии наук США. Все знают о ДНК, молекуле, которая хранит наши гены. Но ДНК бесполезна без рибосомы – уникального процессора, расшифровывающего генетический код. Именно рибосома – двигатель жизни. «Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии» – увлекательная история об открытии ее невероятно сложной структуры и о разгадке древней тайны жизни.

Глава 1

Новые планы в Америке

Покидая Индию, я страстно мечтал стать физиком-теоретиком. Мне было девятнадцать, я только что окончил университет в Вадодаре. Поступать в аспирантуру за границей до получения магистерской степени в Индии было не принято, но я жаждал скорее отправиться в Америку. Для меня это была страна не только возможностей, но и моих кумиров, таких как Ричард Фейнман, чьи знаменитые лекции по физике^[4] меня очень вдохновляли. Кроме того, там уже находились мои родители: отец проводил творческий отпуск в Университете штата Иллинойс в Урбане.

Поскольку мое решение уехать было принято в последний момент, я не сдавал тест GRE, обязательный для поступления в американскую аспирантуру, и в большинстве университетов мои документы даже не рассматривали. Университет штата Иллинойс был готов меня принять, но из-за юного возраста только в качестве студента колледжа с двухлетним кредитом на обучение. В те годы ни один индус среднего достатка не мог позволить себе обучение и проживание в Америке. Тогда-то мой декан из Вадодары показал мне письмо из Университета штата Огайо, в котором к нему обращались с просьбой рассказать перспективным студентам об их аспирантской программе. Я впервые слышал об Университете штата Огайо, но мне понравилось, что там есть компьютер модели IBM System/360, генератор Ван де Граафа и преподаватели — выпускники первоклассных университетов. Там не выдвигали обычного требования о сдаче GRE и приняли меня с финансовой поддержкой. После традиционной нервотрепки при собеседовании на соискание студенческой визы в консульстве США в Бомбее я купил билет в мою землю обетованную.

Сразу после окончания выпускных экзаменов я вырвался из индийского пекла и отправился в Америку. В пути я простудился, а сам полет казался нескончаемым — у нас были стоянки в Бейруте, Женеве, Париже и Лондоне, прежде чем мы приземлились в Нью-Йорке. Далее я пересел на самолет до Чикаго, а затем долетел еще одним коротким рейсом до Шампейн-Урбаны. Ступив на асфальт в аэропорту 17 мая 1971 года, я ощутил самый леденящий порыв ветра в жизни.

Внезапное погружение в жизнь американского колледжа немного меня шокировало. Индийские студенты жили размеренно, консервативно одевались и усердно учились; многие, как и я, продолжали жить с родителями. Ухаживания и тем более добрачные связи были редкостью. В Америке 1971 года, где еще продолжались шестидесятые, я выглядел ботаном: короткая стрижка, очки в толстой черной оправе и оранжевые туфли, которые были велики размера на два. Американские студенты казались представителями совершенно иной породы: парни в рваных джинсах и с волосами длиннее, чем у девчонок. Девушки же в соблазнительных шортиках и облегающих топах казались практически голыми по сравнению с индусками. В кампусах по всей Америке протестовали против войны во Вьетнаме. Как-то вечером, испытывая смесь любопытства и сочувствия, я сходил на пацифистский митинг. Смотрелся я там весьма экзотично, но потом нашел в сторонке двух ребят постарше, которые были коротко острижены и одеты в такие же, как у меня, дешевые полиэстеровые штаны и рубашки. Я подошел к ним, пытаясь быть максимально приветливым, но они встретили меня холодно и даже подозрительно. Потом я узнал, что это были агенты ФБР, следившие за смутьянами.

Лето я провел, посещая курсы в Университете Иллинойса, устранял пробелы, оставшиеся после образования в Вародаре. В августе я уехал с родителями и сестрой в милый холмистый городок Афины в южном Огайо, где мне предстояло провести ближайшие несколько лет. Первая проблема, с которой я столкнулся, — найти жилье. Зарплата ассистента преподавателя позволяла снять маленькую квартирку, где я мог бы сам себе готовить. Мы отвечали на газетные объявления об аренде, но безуспешно. Был вариант, где хозяйка сказала, что такая квартира имеется, но когда мы через несколько минут явились ее посмотреть, дама, взглянув на меня, заявила: «Только что сдали». Так я столкнулся с американским расизмом. В тот отпуск квартиру найти не удалось, так что я записался в общежитие и первый год просуществовал, питаясь преимущественно сырными сэндвичами в кафе.

Несмотря на скудное меню, общежитие очень мне пригодилось — там я сразу обзавелся группой друзей и смог избежать изоляции и геттоизации. Приятели быстро помогли мне влиться в ритм жизни американского колледжа. В первую же субботу мы пошли на американский футбол. Матч организовали с такой помпой (чирлидеры, шарфы, громкоговорители), что сама игра просто меркла.

Еще одно достоинство общежития — расположение корпуса рядом с факультетом физики. Нашими соседями были несколько аспирантов, и мы привыкали к аспирантуре в дружеском научном кружке. Аспиранту-физику обычно полагалось год-два работать над курсовой, сдать обширный экзамен и лишь потом приступать к серьезным исследованиям. Я справился с курсовой и письменной частью экзамена, но под конец устной части я ощутил первые звоночки потери интереса к физике. Меня спросили, о каких недавних физических открытиях я читал, — я не смог назвать ни одного и только после некоторых наводящих вопросов сформулировал, какая область кажется мне интересной. Однако экзамен я все равно сдал и решил работать под научным руководством Томоясу Танаки — признанного теоретика в области физики конденсированного состояния. К тому времени меня уже занимали вопросы биологии, и я включил их в мой план диссертации. Поскольку ни я, ни Томоясу совершенно не разбирались в биологии, эти предложения были чистой фантазией, и вскоре я от них отказался.

Приступив к работе над диссертацией, я осознал, что практически не представляю, как выделить ключевые вопросы, не говоря уж о том, как к ним подступиться. Я находил утешение в общении: выступал за университетскую шахматную команду, ходил гулять с моим другом Судхиром Кайкером, знакомился с западной классической музыкой, общаясь с другим приятелем, Тони Гримальди, и вообще занимался чем угодно, — только не диссертацией. Томоясу был хрестоматийно вежливым японцем, который иногда мог зайти ко мне в лаборантскую и поинтересоваться, как продвигаются дела, — и я придумывал очередную отговорку, почему никак не продвигаются. Так продолжалось пару лет. Часто я говорил, что будь у меня такие студенты, как я, то сам бы их всех отчислил!

Рис. 1.1. Автор — аспирант по физике в Университете Огайо

Внезапно все изменилось, когда я встретил Веру Розенберри — недавно расставшуюся с мужем женщину, у которой была четырехлетняя дочь. Общие друзья решили нас познакомить, возможно, потому, что мы оба были вегетарианцами — редкость на юге штата Огайо семидесятых годов. Я даже не заподозрил, что наша первая встреча была подстроена: мы просто оказались на большой вечеринке по случаю Дня благодарения. Друзья, видя, что я ничего не понял, пригласили меня на ужин, где, кроме меня и Веры, была еще одна пара. Вера поразила меня и умом, и красотой, однако я решил, что «не вышел» для такой девушки и вряд ли она мной заинтересуется. Поэтому познакомил ее с моим другом, пригласив на ужин его и Веру вместе с дочерью Таней. Часть вечера я провел за играми с Таней, чтобы Вера с моим другом могли свободно поболтать. Именно мой друг мне подсказал, что Вера, кажется, интересуется мной, а не им, и тем более ко мне присматривается, заметив, как здорово я поладил с ее дочерью. Несмотря на мой столь несуразный дебют, между нами вспыхнул бурный роман, продлившийся менее года. После ее развода мы поженились. Двадцати трех лет от роду я оказался женат и обрел пятилетнюю падчерицу.

Именно брак заставил меня сосредоточиться на карьере. Вера хотела еще одного ребенка, и передо мной замаячила перспектива содержать семью, но я не представлял, чем заниматься дальше. Казалось несомненным, что если я продолжу путь физика, то проведу остаток жизни за скучными вычислениями, так и не дойдя до реальных открытий. В молекулярной биологии тогда разворачивались перемены, сравнимые с теми, которые физика претерпела в начале XX века и начало которых связано с открытием структуры ДНК. Практически в каждом выпуске Scientific American сообщалось о крупном прорыве, и казалось, что такие достижения даже мне под силу. Поэтому, несмотря на свое только базовое понимание биологии, я принял решение поступать в аспирантуру еще раз, на этот раз по новой специальности, утешая себя тем, что на подобный переход уже решались многие блестящие ученые: Макс Перуц, Френсис Крик и Макс Дельбрюк.

Я написал в несколько ведущих университетов, но во многих из них не желали принимать соискателя, уже готовившегося к защите кандидатской диссертации. Два отклика мне особенно запомнились. Первый от Франклина Хатчинсона из Йеля — дружелюбное письмо, в котором тот сообщал, что готов разослать мое резюме коллегам, на случай если кому-то захочется пригласить меня в качестве постдока^[5]. Откликнулись двое таких коллег: Дон Энглман и — теперь это кажется иронией судьбы — Том Стейц. Я поблагодарил их обоих и написал, что недостаточно подкован для работы постдока, поэтому предварительно постараюсь подучиться. Полной противоположностью письму Хатчинсона стал ответ Джеймса Боннера из Калтеха. В письмах я указывал, что достаточно молод — мне было всего двадцать три — и поэтому планирую повторно поступить в аспирантуру. Боннер пристыдил меня за то, что я кичусь своим возрастом, добавив, что он тоже получил степень кандидата наук в двадцать три, и в его семье это сочли неуспеваемостью. Он также указал, что набор упомянутых мною дисциплин — аллостерия, мембранные белки и нейробиология — его совершенно не удивляет, ведь это самые раскрученные области биологии. Заметил, что сначала мне следовало бы показать свои способности в этих дисциплинах, и заключил, что в Калтех меня бы не приняли даже студентом. Вероятно, он не читал роман «Уловка-22» о взаимоисключающих правилах. К счастью, Дэн Линдсли из Калифорнийского университета в Сан-Диего принял меня на биологический факультет в качестве аспиранта со стипендией. Тем более отрадно было то, что Вера и Таня горели желанием перебраться в Калифорнию, жить со мной на скудную стипендию, завести малыша, заботиться о нем — и все это без машины.

С трудом я набрал достаточно работ, чтобы из них получилась удовлетворительная диссертация по физике. Наш сын Раман родился через месяц после моего кандидатского экзамена. Пару недель спустя мы с другом выехали из Огайо в Калифорнию на грузовике «Райдер» со всеми нашими пожитками, а Вера и дети в компании моей тещи прибыли ко мне через неделю. Как только мы обосновались на новом месте, я серьезно взялся за учебу. Стояла осень 1976 года.

В биологии меня сразу поразило, какое огромное количество фактов требуется знать. Вводные лекции для аспирантов-новичков были переполнены непонятными терминами. Я записался сразу на целую кучу студенческих курсов по генетике, биохимии и клеточной биологии, одновременно с этим успевая заниматься ротациями — проектами в разных лабораториях для аспирантов-первокурсников, которые в Америке призваны помогать соискателю определиться с темой диссертации. Поскольку мои физические исследования ограничивались чистой теорией, я совершенно не представлял себе, как ставить опыты. И я научился этому во время ротации в лаборатории Милтона Сайера, исследовавшего поглощение сахара бактериями. Там проводился такой эксперимент: в исходный момент добавлялось некоторое количество радиоактивной глюкозы в бактериальную культуру, а затем измерялось, сколько глюкозы оказалось в бактериальных клетках в различные моменты времени. Объем глюкозы, которую требовалось добавлять, был невероятно мал: около 20 мкл (менее 1 % от объема чайной ложки). Как измерить такой объем? Я спросил. Обучавшая меня лаборантка весьма любезно показала мне прибор под названием «дозатор»: в сущности, это трубка с поршнем, который можно двигать вверх или вниз на заданный шаг. Коллега объяснила, как устанавливать число на циферблате, набирать нужную дозу и по окончании немного проталкивать поршень, чтобы убедиться, что трубка полностью опорожнена. «Это все», — сказала она. Я взял прибор, окунул его в радиоактивную глюкозу и услышал: «Какого черта ты творишь? Нужен наконечник!» Прибор считался настолько стандартным инвентарем, что она просто забыла рассказать мне об одноразовом пластиковом наконечнике, защищающем носик дозатора от загрязнения при контакте с образцом.

Переезд с маленькими детьми не слишком способствовал вниканию в новую дисциплину. Однако мне исключительно повезло, что Вера начала иллюстрировать детские книги и могла работать дома. Она практически полностью взяла на себя заботу о детях и домашнее хозяйство, позволив мне сосредоточиться на учебе. Первый курс я оканчивал с оптимизмом, поскольку уже приобрел достаточные знания в биологии и лабораторный опыт. На втором курсе я стал работать вместе с Маурисио Монталем, который изучал белки, пропускающие ионы сквозь тонкие липидные оболочки. Но оказалось, что в его лаборатории я не задержусь надолго. По воле случая мне пришлось снова пересечь всю страну, чтобы приступить к работе над одной из древнейших и самых важных биомолекул.

Примечания

4

Фейнман Р. Ф. Характер физических законов: лекции / Пер. с англ. Э. Наппельбаума, В. Голышева. — М.: АСТ, 2019.

5

Должность для молодого кандидата наук в период от года до пяти лет после защиты. — Примеч. науч. ред.