Maszyna genów. Wyścig do rozszyfrowania tajemnic rybosomu ebook

Dedykowane Graeme’owi Mitchisonowi

(1944–2018)

Przedmowa

Książka ta jest osobistą opowieścią Autora o jego doświadczeniach jako studenta, wykładowcy i entuzjastycznego eksperymentatora pragnącego zrozumieć, w jaki sposób komórki wypełniają swoje najstarsze i najbardziej podstawowe zadanie syntezy białek. Pasja odkrywcy, frustracja w chwilach doświadczalnych niepowodzeń oraz osobiste i zawodowe zmagania na drodze do naukowych sukcesów żyją na stronach tej fascynującej autobiografii.

Punkty widzenia Autora są w wielorakim sensie unikalne. Jako imigrant osiadły w Ameryce, a później w Anglii, oraz fizyk wkraczający do świata biologii, nie ukrywa on w swej opowieści uczuć outsidera pragnącego pełnej integracji z naukowym i społecznym środowiskiem, w którym działał. Pragnienie to z pewnością wpłynęło na stosunek do badań, które Autor opisuje: od początku wynikało z potrzeby przynależności, niepozbawiającej go wszakże indywidualności i determinacji w dążeniu do trudnego i odległego celu. Na tym osobistym tle prezentowane jest odkrycie naukowe dotyczące nieznanych dotąd struktur i funkcji biologicznej maszynerii odczytującej kody genetyczne zapisane w kwasie nukleinowym i budującego, zgodnie z zapisaną w nich informacją, łańcuchy aminokwasów tworzące białka – substancje warunkujące wszelkie życie na Ziemi. Rybosom, złożony z dwóch podjednostek – małej i dużej – został ukazany w całej swojej chwale, dzięki pracy Autora ujawniającej molekularne zawiłości mechanizmów dekodowania informacji genetycznej w podjednostce małej oraz działania wielu antybiotyków blokujących wybiórczo funkcje rybosomów bakteryjnych i eliminujących w ten sposób infekcje tych patogenów. Proces rekonstrukcji struktur małej podjednostki rybosomu, od pierwszych wysiłków dotyczących jej pojedynczych komponentów do późniejszych śmiałych prób jej oczyszczania i krystalizacji w naturalnej postaci, jest tematem niezwykłej historii pomysłowości i łutów szczęścia zakończonej pełnią sukcesu.

Książka opisuje również profesjonalne dylematy, rolę przypadków w odkryciach naukowych oraz głęboko ludzką potrzebę poszukiwania prawdy uwarunkowaną w zasadniczy sposób indywidualną osobowością. Wszystkie wielkie przełomy w nauce dokonują się z udziałem wielu osób i interakcji między nimi w procesie podejmowania odkrywczych wyzwań oraz przezwyciężania trudności i niepowodzeń na krętej drodze poznania. Nie zawsze wiadomo, skąd wyłaniają się nowe idee – z własnej intuicji i wiedzy czy też z dyskusji z innymi badaczami. Zdarza się, że między kolegami rodzi się rywalizacja, którą trzeba kontrolować, zwłaszcza gdy odkrycie jest blisko. Nagroda Nobla w dziedzinie chemii przyznana w roku 2009 ujawniła i uhonorowała wkład wczesnych sukcesów Ady Yonath w zakresie krystalizacji rybosomów oraz późniejsze osiągnięcia Venkiego Ramakrishnana i Toma Steitza uwieńczone pełnym rozpoznaniem budowy obu jego podjednostek. Autor podkreśla jednak, że zasada ograniczająca liczbę laureatów nagrody do trzech usunęła w cień innych badaczy i ich istotny wkład, mimo doniosłego znaczenia ich wglądów. Książka, prezentująca w doskonałej formie literackiej doświadczenia i poglądy Autora odnoszące się do tych wszystkich zagadnień, jest bardziej osobistym pamiętnikiem niż obiektywną relacją historyczną. Badaczom rozwoju nauki i metody naukowej dostarcza świeżego spojrzenia na procesy odkrywcze, zwracając uwagę na trudne odcinki drogi wiodącej do nowej wiedzy, która bywa czasem drogą przez mękę. Wypada jeszcze dodać, że ta fascynująca publikacja wnosi istotny wkład do literatury naukowej i będzie ceniona zarówno za opis faktów przyrodniczych, jak i emocjonalnego aspektu badań oraz osiągnięć naukowych.

J.A. Doudna

Przedmowa Autora do wydania polskiego

W książce tej opisałem wyścig do rekonstrukcji struktury rybosomu – jednej z najstarszych i najważniejszych cząsteczek organizmów żywych, odczytującej kody genetyczne białek pełniących tysiące funkcji we wszystkich ich komórkach i konstruującej je we wszelkich formach życia. Jestem szczęśliwy, że wydawnictwo Copernicus Center Press zdecydowało się opublikować polskie wydanie książki, i dziękuję jej tłumaczowi, panu Markowi Czekańskiemu, za cierpliwe zmaganie się z zawiłościami naukowych i biograficznych jej aspektów w tworzeniu wiernego polskiego przekładu.

Moja znajomość kultury i narodu polskiego rozwijała się stopniowo. Dorastając w Indiach, po raz pierwszy dowiedziałem się o Mikołaju Koperniku. Zrewolucjonizował on wprawdzie współczesną mu naukę, lecz jego dokonania wydawały mi się odległe w czasie, a przez to zbyt abstrakcyjne i bezosobowe, by wywrzeć na mnie osobiste wrażenie. Później, w liceum, przeczytałem biografię Marii Skłodowskiej-Curie napisaną przez jej córkę Ewę. Była to dla mnie niezapomniana opowieść o nadzwyczaj odważnej i genialnej kobiecie, która porzuciła swoją ojczyznę, by pracować naukowo we Francji w dziedzinie zdominowanej przez mężczyzn. Wielkie wrażenie zrobiły na mnie nie tylko jej wytrwałość, talent i inteligencja, dzięki którym jako pierwsza została dwukrotnie laureatką Nagrody Nobla, ale także jej pasja do nauki, jak i do ludzi, którzy pojawiali się w jej życiu. Wciąż pamiętam szczególnie wzruszający fragment, w którym Ewa opisuje swą matkę wykonującą przez cztery lata w zwykłej szopie niewolniczą pracę wyodrębniania radu, mającą nadzieję, że czysty pierwiastek będzie miał piękną barwę, a następnie zachwyconą jego naturalną luminescencją.

Później, gdy jako młody człowiek wyemigrowałem do Stanów Zjednoczonych, doświadczyłem innych wpływów polskiej kultury. Poznałem muzykę Fryderyka Chopina i Witolda Lutosławskiego, czytałem polskich autorów takich jak Jerzy Kosiński oraz poznałem twórczość reżyserów filmowych – Polańskiego, Kieślowskiego i Agnieszki Holland. Dowiedziałem się też o tym, jak polscy matematycy umożliwili Alanowi Turingowi i jego kolegom w Anglii rozpracowanie niemieckiej maszyny szyfrującej Enigma.

Moja znajomość wkładu Polaków w rozwój nauki i kultury była jednak wciąż abstrakcyjna i bezosobowa, dopóki nie nauczyłem się krystalografii i nie zacząłem zgłębiać struktury rybosomu. Dopiero wtedy zetknąłem się z liczną społecznością polskich naukowców. W mojej książce nazywam ich „polską mafią krystalograficzną”. Ludzie ci wywarli decydujący wpływ na rozwój metod i narzędzi krystalograficznych, które pomogły całemu środowisku badaczy. Niektórzy z nich wsparli mnie osobiście w krytycznych momentach życiowych, a z wieloma zaprzyjaźniłem się na długie lata. Dwaj moi polscy przyjaciele, Alex Włodawer i Zbyszek Dauter, dostarczyli mi cennych opinii na temat przekładu.

I wreszcie chciałbym podziękować mojej przyjaciółce Ani Wilczyńskiej, która jest nie tylko utalentowanym naukowcem, lecz także biegle włada językami angielskim i polskim. Jestem jej bardzo wdzięczny, że w wybitnie pracowitym okresie życia zechciała poświęcić czas starannej weryfikacji tłumaczenia. Wykorzystując swe kwalifikacje językowe oraz fachową wiedzę w dziedzinie, której moja książka dotyczy, zapewniła zgodną z moimi intencjami prezentację w języku polskim zarówno materiału naukowego, jak i elementów autobiograficznych, wprowadzając istotne zmiany tam, gdzie było to konieczne.

Mam głęboką nadzieję, że książka dostarczy satysfakcji polskim czytelnikom, zwłaszcza studentom i młodym naukowcom. Dla mnie publikacja jej przekładu jest okazją do zacieśnienia związków z moimi polskimi przyjaciółmi i ich fascynującym krajem.

Prolog

Z perspektywy czasu dziwi mnie znikomy efekt jej wizyty. Był szary jesienny dzień 1980 roku. Niewielkie ogłoszenie na tablicy informacyjnej Uniwersytetu Yale zapowiadało wykład o niejasnym tytule. Nie miałem trudności ze znalezieniem miejsca na sali, mimo iż przyszedłem tuż przed prelegentką. Obecnych było tylko kilku specjalistów.

Od pierwszej chwili emanowała z niej pewność siebie granicząca z tupetem. Po krótkim wstępie organizatora spotkania zaczęła opisywać wysiłki swojej berlińskiej grupy badawczej zmierzające do uzyskania kryształów ogromnych liczb molekuł związanych z translacją genów w syntezie białek. W owym czasie wytworzenie kryształów było kluczowym etapem rekonstruowania struktur tych kompleksów.

Po skończonym wykładzie padło bardzo niewiele pytań, nie byliśmy bowiem pewni, jak należało oceniać te prace. Nadawanie ogromnym, elastycznym cząsteczkom o powikłanej budowie strukturalnie regularnych, trójwymiarowych form krystalicznych wydawało nam się co najmniej zdumiewające. Kiedy wracaliśmy korytarzem do swoich laboratoriów, jeden z moich kolegów zadał drugiemu prowokujące pytanie: „Jak to możliwe, że ty nie potrafisz wykrystalizować małych fragmentów, a ona zrobiła to z całym kompleksem?”. Jej kryształy jednakże nie były wtedy wystarczająco dobrej jakości, by obrazować rzeczywistą budowę oryginałów, i nikt w tym czasie nawet nie wiedział, jak stosować tę metodę do analizy gigantycznych struktur hipermolekularnych. Uznaliśmy więc ów występ za ciekawostkę, ale żaden z nas nie czuł, by w jego świecie coś się zmieniło – coś, co uzasadniałoby porzucenie dotychczasowego kierunku badań.

Nie miałem wówczas pojęcia, że Ada Yonath będzie ważną postacią w moim życiu zawodowym przez następne trzydzieści lat; że będę współzawodniczył z nią i z innymi w intensywnym wyścigu do zrozumienia obiektu usytuowanego w centrum wszelkiego życia; oraz że pewnego grudniowego dnia w Sztokholmie będę siedział między nią i następczynią szwedzkiego tronu na bankiecie z okazji przyznania Nagrody Nobla.