Nobel-díj az élet kémiájáért címmel írt a BBC News a díjátadást követő napon a kémiai Nobel-díjról. A „riboszóma szerkezetének és működésének kutatásáért” Venkatraman Ramakrishnannak, Thomas A. Steitznek, és Ada E. Jonatnak (Yonath) ítélték a 2009-es kémiai Nobel-díjat. A riboszóma hatalmas molekularendszerének (kb. 2,5 megadalton molekulasúllyal), valóban kulcsszerepe van: ez a sejtek „fehérjegyára”. A riboszóma fordítja le a DNS által hordozott genetikai információt a transzfer-RNS közvetítésével, majd ennek az információnak a birtokában szintetizálja a fehérjéket. Az ezévi díj ismertetését a kémiai Nobel-díj bizottság Charles Darwin 1869-ben publikált fejlődéselméletének említésével kezdi, utalva arra, hogy ez a díj a harmadik azon díjak sorában, amelyek bizonyítják, hogy Darwin elképzelései helyesek voltak. Az első Francis Crick, James Watson és Maurice Wilkins 1962-es Nobel-díja volt, a DNS szerkezetének meghatározásáért. A második Roger Kornberg díja 2006-ban, annak eldöntéséért, hogyan másolódik az információ a hírvivő (messenger) RNS-molekulákra. Végül, a mostani Nobel-díj azt fedi fel, hogyan történik az a lépés, amelyben a genetikai információ a DNS-ből eljut a fehérjékhez; ahogy a Nobel-bizottság írja: „hogyan jelenik meg bennünk, nemcsak mint hallás, érzékelés és ízlelés, vagy izmok, csontok és bőr, hanem mint gondolatok és beszéd is.”

Ada Jonat Budapesten, 2004-ben

(Hargittai Magdolna felvétele)

Ada Jonattal évekkel ezelőtt ismerkedtem meg, és felvettem vele egy beszélgetést, amely a Candid Science című könyvsorozatunkban jelent meg (Hargittai I. – Hargittai M., 2006). Célratörő, hatalmas energiával rendelkező egyéniség; enélkül nem járhatta volna be azt az utat, amelyet megtett. Jeruzsálemben született 1939-ben, szülei Lengyelországból emigráltak az akkori Palesztinába. Tizenegy éves volt, amikor édesapja meghalt, és Ada ettől kezdve állandóan dolgozott a tanulás mellett, fiatalabb gyerekeket korrepetált, kishúgáról gondoskodott. Így emlékezett vissza erre az időre: „Soha nem volt időm semmire, mert iskola előtt és iskola után mindig volt valami tennivalóm.” Másik gyermekkori emléke az, hogy mindig többet akart tudni; soha nem volt neki elég, amit az iskolában tanult, amikor csak lehetett, az iskolai könyvtárban hozzáolvasott a tanult anyaghoz. Gimnázium után a jeruzsálemi Héber Egyetem kémia szakára jelentkezett, és felvették, annak ellené­re, hogy igen nehéz volt bejutni. A biokémia és biofizika érdekelte elsősorban, MSc-fokozatot biofizikából szerzett. Doktori munkája a Weizmann Intézetben a kollagén szerkezetvizsgálata volt. Kétéves amerikai posztdoktori munka után beindította saját fehérjekrisztallográfia csoportját; elsőként Izraelben. Évekig tartott, amíg a csoportnak publikálható eredményei lettek.

Az 1970-es évek elején találkozott először a riboszómá­val, amikor együttműködést alakított ki az intézetükben Michel Ravellel. Rajta keresztül ismerkedett meg Paul Siglerrel, aki akkor a Chicagói Egyetemen (később a Yale-en) a szerkezeti biológia egyik úttörője volt. Sigler laboratóriumában töltött egy évet, és ott próbált először kristályt növeszteni a riboszómából, sikertelenül. Berlinben, a Max Planck Intézetben, Heinz-Günter Wittmann is a riboszómával foglalkozott, és meghívta, hogy dolgozzon velük. Jonat, látván, hogy a berlini intézetnek milyen nagy mennyiségű aktív és tiszta riboszómája volt, javasolta, hogy próbálják meg a kikristályosítást. Szerencséjére a berlini kollégák támogatták ezt a próbálkozást, mégha nem is kecsegtetett sikerrel. Sokan reménytelennek tartották ezt a vállalkozást – és okkal. A riboszóma óriási és bonyolult RNS-fehérjekomplex. Két részből áll, az ún. nagy alegységből és a kis alegységből. Egy emberi riboszóma nagy alegységében három RNS-molekula és körülbelül ötven fehérjemolekula van, míg a kis alegységben egy RNS- és harmincöt körüli fehérjemolekula. Ez azt jelenti, hogy összességében több ezer nukleotid és ugyancsak több ezer aminosav van bennük, vagyis, sok százezer atom; ezek helyzetét akarták meghatározni. Nem lehet csodálkozni azon, hogy a legtöbben szkeptikusak voltak vállalkozását illetően, de Jonatot ez nem zavarta. Ahogy mondta: „Arra gondoltam, ha nem sikerül, legfeljebb olyan hírességek előkelő csoportjához fogok csatlakozni, mint Francis Crick, James Watson, Aaron Klug, Alex Rich és má­sok. Tudtam, hogy számomra ez a nagy lehetőség. Nagyon gondosan kezdtem hozzá, figyelembe véve, hogy a kristályosítás nehézségeit egyrészt a riboszóma heterogén jellege okozza, másrészt pedig az, hogy könnyen elbomlik. Mindent elolvastam a riboszóma irodalmából, amit csak találtam, a legrégebbi munkákig. Különösen érdekeltek azok a módszerek, amelyeket a riboszóma tartósítására fejlesztettek ki; ez alapvető a kristályosításhoz. Néhány hónap múlva már voltak mikrokristályaink – de aztán legalább négy évbe telt, amíg sikerült az első használható diffrakciós felvételeket elkészíteni. Első cikkünk az 1980-as évek elején jelent meg, és azóta egyfolytában a riboszómával foglalkozunk.”

A hosszú évek során Jonat és munkatársai mindent megpróbáltak, hogy stabilizálni tudják a riboszómát ahhoz, hogy jó minőségű felvételt tudjanak róla készíteni. Baktérium-riboszómákat vizsgáltak, és olyan baktériumokat választottak, amelyek nehéz körülmények között is léteznek, és ezért feltehetően riboszómájuk is ellenállóbb, mint másoké. Ezért hőforrásokból és a Holt-tenger erősen sós vizéből gyűjtöttek mintákat. Végül, az 1990-es évek elejére sikerült jó minőségű

felvételeket készíteni, és ezzel azt sugallták, hogy mégsem lehetetlen, hogy meghatározhassák a riboszóma szerkezetét. Pedig ekkor még komoly akadályok álltak előttük. Így például, hiába voltak a kristályok már hibátlanok és a diffrakciós felvételek elég jók, az ún. fázisprobléma miatt nem tudták azokat értelmezni. Közben, Jonaték eredményei nyomán, egyre több kutatócsoport kezdett a témával foglalkozni. A fázisproblémát a Yale Egyetemen Thomas Steitz és csoportja oldotta meg, és ők publikálták az első kristályszerkezetet 1998-ban, ami azonban még nem volt elég nagy felbontású ahhoz, hogy az atomi helyzeteket meghatározhassák. Óriási verseny kezdődött – vagy inkább folytatódott – a vezető kutatócsoportok között. Végül, a három díjazott nagyjából egy időben, 2000 őszén publikált olyan szerkezeteket, amelyek már az atomi helyzeteket is megadták. Steitz és csoportja a nagy alegység, míg Jonat és Venkatraman Ramakrishnan a kis alegység szerkezetét határozta meg nagy felbontásban. A továbbiakban fokozatosan értelmezték, hogyan is történik, lépésről lépésre, a fehérjeszintézis a riboszómában. Megállapították, hogy a peptidek és ezekből a fehérjék képződése a nagy alegységben történik, mégpedig hihetetlenül gyorsan. Venkatraman Ramakrishnan fedezte fel a kis alegység szerepét. Megállapította, hogy ez az alegység „fordítja le” a DNS és RNS által hordozott információt a fehérjék nyelvére.

Riboszóma minden élő szervezetben van, de a különböző fejlettségű szervezetekben különbözőek, és éppen ez teszi ismeretüket felbecsülhetetlenné új antibiotikumok kifejlesztésében. Az antibiotikumok a riboszóma különböző részeihez kapcsolódhatnak, és így azok működését, vagyis fehérjetermelését megakadályozhatják; és így a baktérium elhal. Ugyanakkor ezek az antibiotikumok az emberre nem hatnak, ezért használatuknak nincs mellékhatása. Egyes, így tervezett antibiotikumok már a klinikai kipróbálás stádiumában vannak. Ma már azt is tudják, hogy az eddig alkalmazott antibiotikumok egy része is a riboszóma működésének akadályozásával fejti ki hatását.

A riboszóma a legnagyobb aszimmetrikus rendszer, amelynek a szerkezetét valaha meghatá-rozták. Azonban, évekkel ezelőtt, Jonat és munkatársai a nagy alegységben kétfogású forgási szimmetriát figyeltek meg, éppen a működés szempontjából döntő molekularészben. Az évek során kiderült, hogy ez a szimmetria minden eddig meghatározott riboszóma szerkezetére jellemző. A felismerés Jonatékat is meglepte, de idővel rájöttek arra, hogy ennek a riboszóma működése szempont-jából van jelentősége. Megint Jonat szavaival:

„Ez a szimmetria a nagy alegység aktív centruma körüli területen jelentkezik, azon helyek között, ahol a transzfer RNS-ek az aminosavakkal belépnek, és ahol a felépülő aminosavlánc kilép. Eredetileg nem értettük, miért alakult ki ez a szimmetria, de aztán rájöttünk, hogy a peptidkötés sztereokémiája igényli ezt. Az amonosavakkal bejövő transzfer RNS-nek és az épülő és kifelé haladó fehérjének igazodniuk kell egymáshoz, és ezt biztosítja ez a dinamikus forgási szimmetria. Amikor a szimmetria dinamikus voltáról beszélek, akkor az egész katalitikus esemény dinamikájára utalok. Több mint egy évbe tellett, amíg meg tudtuk győzni önmagunkat, hogy ez a szimmetria valóban létezik. Ez, persze, még gyönyörűbbé teszi a szerkezetet. Eredetileg nem volt nagy sikerünk ezzel a megfigyeléssel. A Yale-csoportnak más elképzelése volt a kémiai katalízis lefolyásáról, és sokat vitáztunk erről. Végül mindenki elfogadta az általunk javasolt mechanizmust, amely feltételezi a szerkezetben az aktív rész körüli dinamikus kétfogású forgási szimmetriát. Az is kiderült, mi volt az oka a véleménykülönbségnek. A mi vizsgálataink fiziológiai körülmények között folytak, míg a Yale-csoport olyan körülmények között dolgozott, amelyek távol voltak a fiziológiai feltételektől, és ezért volt a rendszerükben jelentős rendezetlenség a müködés szempontjából fontos helyzetekben.”

Ada Jonattal 2004-ben beszélgettem. Természetesen megkérdeztem tőle, hogy milyen esélyt lát a Nobel-díjra? A következőt válaszolta: „Kihagyhatnánk ezt a kérdést? Nagyon zavarba hoz. Amikor sikerült az első mikrokristályt előállítanom, találkoztam egy svéd professzorral, aki a szerkezeti biológia egyik alapító atyja volt. Abban az időben nagyon keményen dolgoztam, alig aludtam valamit. Látta rajtam, hogy sápadt és nyúzott vagyok, ezért megkérdezte, mi van velem. Mondtam, hogy lehet, hogy van riboszóma-kristályom. Rámnézett, és azt mondta: ez Nobel-díjas projekt… Mindez még a munka legelején történt. Soha nem beszéltem erről, de nem is feledkeztem meg róla; azóta állandóan velem van ez a gondolat. Amikor az első nagyfelbontású eredményeinket megkaptuk, a Nobel-díj kérdése ismét előjött. Tudom, hogy ez a kutatás már évek óta a figyelem középpontjában van, tehát nem lennék őszinte, ha nem vallanám be, hogy igen, tudom, hogy elvileg ez elképzelhető.” A díj kihirdetése után az egyik hírügynökségnek a következőt mondta Jonat: „Amikor szólt a telefonom, és megláttam a 46-os számot, Svédország országkódját, arra gondoltam, most már tényleg túlzásba viszik a viccelődést. De a hívó akcentusa nagyon svéd volt, komolyan hangzott, úgyhogy el kellett, hogy higgyem, ez valódi hír!”

Jonattól azt is megkérdeztem, hogy volt-e a munkájában valaha is hátránya abból, hogy nő. Ezt válaszolta: „Nem. Talán csak annyi, hogy időnként azt éreztem, többet várnak tőlem, mint amennyit egy férfitől várnának ugyanebben a pozícióban. A pályám elején, mivel tapasztalatlan voltam a krisztallográfiában, nagyon lassan haladtam, de ennek semmi köze nem volt ahhoz, hogy nő vagyok. Abban az időben egyszer nem kaptam meg a várt előléptetést a Weizmann Intézettől, és az egyik professzor megjegyezte, hogy nem félnek attól, hogy elmegyek, mivel a férjem is ott dolgozik. Ezt, persze, nem értékeltem.”

Élete legnagyobb kihívásairól a következőket mondta: „Tudományosan a riboszóma kristályosítása óriási kihívás volt, személyesen pedig az az időszak, amikor édesapám meghalt. Néhány évvel ezelőtt előadást kellett tartanom az unokám óvodájában a riboszómáról. Az hihetetlenül nehéz volt.”
 

Kulcsszavak: kémiai Nobel-díj, Ada Jonat, riboszóma szerkezete, fehérjeszintézis, női tudósok

IRODALOM

Hargittai, Magdolna (2006): Ada Yonath. In: Hargittai István – Hargittai Magdolna: Candid Science VI: More Conversations with Famous Scientists. Imperial College Press, London, 389–401.