הריבוזומים הם בתי החרושת לייצור החלבונים בתא, רכיב תאי מורכב ביותר. בריבוזומים נעשה תרגום הצופן הגנטי שבדנ"א לחלבונים. החלבונים הם החומרים העיקריים המבצעים את תהליכי החיים ופעילותם תלויה בהרכב הכימי ובמבנה המרחבי שלהם.
הריבוזומים מייצרים את החלבונים במהירות גבוהה, המוכתבת על-פי צורכי התא, ובדיוק מפתיע, על פי המידע הצפון בגנים. יצירת החלבונים בריבוזום היא אחד מתהליכי החיים המסקרנים ביותר, שפענוחו יסייע בהבנת מחלות הנובעות מפגם בתהליך התקין.
הריבוזומים הם צברים גמישים הבנויים ממספר רב של חלבונים וחומצות גרעין המאורגנים בשתי יחידות משנה - יחידה גדולה ויחידה קטנה. חלוקת התפקידים בין שתי תת-היחידות דומה לזו של מפעל ייצור תעשייתי: היחידה הקטנה מייצגת את ה"מוח" - בה מתחיל ומסתיים תהליך ייצור החלבונים. תת-יחידה זו מקבלת את הוראות הבניה של החלבונים, בוררת את חומצות האמינו, ובה מתקיים תהליך תרגום הצופן הגנטי שבחומצות הגרעין לחלבון. בתת-היחידה הגדולה נעשה חיבור חומצות האמינו לחלבון.
מדענים רבים במקומות שונים בעולם מנסים מזה עשרות שנים לפענח את מבנה הריבוזום ודרך פעילותו אך בשנות ה-80 ואפילו במחצית שנות ה-90 נראתה המשימה בלתי אפשרית. כדי לגלות את המבנה המרחבי של מולקולות ביולוגיות, ומבנים מיקרוסקופיים אחרים, יוצרים מהם המדענים גבישים. את הגבישים האלה הם מקרינים בקרני X (רנטגן). מדידת הקרינה המתפזרת מהגביש, בתוספת מידע על כיווני הפיזור והפעלת שיטות מתמטיות מתקדמות, שילוב כל אלה מאפשר פענוח המבנה המרחבי. טכנולוגיה זו קרויה "קריסטלוגרפיה בקרני X". גודל הריבוזומים, מורכבות המבנה שלהם, הגמישות הפנימית וחוסר יציבותם מנעו כל אפשרות גיבוש, והיו צפויים לגרום קשיים ניכרים במדידות הקריסטלוגרפיות, ולכן חוקרי הריבוזומים היו משוכנעים כי אין כל אפשרות לקבוע את מבנם המדויק.
פרופסור עדה יונת |
 |
עמיתיה לא השתכנעו. מקצתם פקפקו באמינות הדיווח שלה, והיו שאמרו שאין סיכוי שהגבישים שבודדה יצליחו לפזר קרני רנטגן, כך שניתן יהיה לפענח את מבנה הריבוזום. תוחלת החיים הקצרה של הגבישים הציבה בעיה קשה: היה צורך בקרינת X חזקה על מנת לקבל תמונה קריסטלוגרפית, אך גבישי הריבוזומים שנחשפים לקרינה כה חזקה מתפרקים כמעט מייד. יונת התגברה גם על זה. היא פיתחה טכניקה המאפשרת לקרר במהירות את גבישי הריבוזומים עד למינוס 180 מעלות צלזיוס, וכך האטה את התפרקות הגביש. טכניקה זו המכונה "קריו-קריסטלוגרפיה", שולטת עד היום בקרב הקריסטילוגרפים הביולוגיים. שיפור נוסף בשיטות העבודה הכניסה יונת כאשר בחרה לעבוד עם חיידק ממעיינות חמים, העמיד לטמפרטורות גבוהות, ועם חיידק מים המלח שעמיד בריכוזי מלח גבוהים. "מאחר שכל ריבוזום יודע לקרוא את כל הצופנים הגנטיים ידענו שנוכל לקבל תשובות אמינות גם בעבודה בחיידקים", אומרת יונת. ההנחה היתה כי בחיידקים החיים בתנאים קיצוניים, הריבוזומים יותר יציבים מאלה של חיידקים החיים בתנאים רגילים.
פריצת הדרך האמיתית בחקר הריבוזומים היתה ב-1995. עד אז התמונות שהושגו נתנו הצצה מוגבלת לעולמו של הריבוזום, כי הצליחו לחשוף פרטים מעטים בלבד מן המבנה הסבוך, ולא היה ניתן למצוא אפילו נקודת התחלה בתוך שלל המידע, שממנה אפשר יהיה להתקדם הלאה. יונת קבעה "נקודות התייחסות" בריבוזום בכך שסימנה אותן בסמנים המאותתים היכן מצויים בהם האתרים הפעילים. היא הצליחה לקבל תמונות של חלקיקי הריבוזומים בשלבי פעולה שונים. כאשר מניחים את התמונות זו לצד זו, תהליך סינתזת החלבונים מתקבל כמו בסרט קולנוע, ואולם עדיין היה צורך בשיפור הרזולוציה.
המבנה המדויק של תת-היחידה "החושבת" של הריבוזום, |
 |
מכל העבודות האלה ברור כי הריבוזום הוא אנזים הבנוי מ-RNA, כלומר - כל הפעולות האנזימטיות, ובכללן קריאת הקוד הגנטי, "בחירת המשתתפים", תרגום הקוד ובניית הקשר החלבוני - מתבצעות על-ידי RNA. התברר גם שהריבוזום הוא מכונה מופלאה שיודעת להעביר מסרים למרחקים ארוכים. בנוסף, התגלו בריבוזומים אלמנטים מבניים חדשים ומיוחדים בארכיטקטורה שלהם ובהתאמתם לצורכי הפעילות הביולוגית.
פריצת הדרך נעשתה והמחקרים נמצאים בעיצומם. פענוח המבנה המרחבי של הריבוזום נכלל בין עשר התגליות החשובות של שנת 1999 על ידי כתב העת Science. תרומתה המכרעת של יונת ופיתוחיה שאפשרו להגיע להישגים אלה כבר זיכו אותה בפרסים רבים.
