המרוץ אחר הריבוזומים

בין עשר התגליות המדעיות החשובות של השנה, מנה העיתון "סאיינס" את פריצת הדרך שנעשתה בפיענוח המבנה המרחבי של הריבוזום. הפרסומים של הקבוצות המתחרות במחקר מבנה הריבוזומים, החלו להופיע בחודש אוגוסט 1999, עם עבודתו של ו' ראמאקרישנן וחב' מאוניברסיטת יוטה בעיר סלט לייק, שראתה אור בעיתון Nature [1]. בעבודה דווח על המבנה של היחידה הקטנה של הריבוזום שגודלה 30S. במקביל, פורסמה באותו עיתון עבודה של פ' מור ו-ת' סטייץ מאוניברסיטת ייל, שתיארה את המבנה של היחידה הגדולה בת 50S [2]. לקראת סוף חודש ספטמבר, פורסמו בעיתון Science שתי עבודות של קבוצתו של ה' נולר מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה קרוז, המתארות את המבנה של כל הריבוזום [3, 4].

אך כל הבסיס, ופיתוח שיטות העבודה למחקר מבנה הריבוזום הונח ונהגה על-ידי עדה יונת וחב' ממכון וייצמן למדע. פרופ יונת החלה במחקריה במבנה הריבוזום עוד בשנות ה-70, והיא היתה הראשונה שהוכיחה שאפשר, והצליחה לקבל ריבוזומים במצב גבישי, דבר שאיפשר את המחקר הקריסטלוגרפי בקרני X. דרכה של יונת לא היתה סוגה בשושנים ומאמציה המחקריים לא זכו להערכה מספקת בקהילייה המדעית. עם זאת, כאשר השיגה התקדמות ניכרת בגיבוש הריבוזומים והחלה להראות תוצאות בכושר הפרדה טוב, החלו החוקרים שהוזכרו לעיל "לקפוץ על העגלה" ולנסות להקדים את יונת בפרסום מבנה הריבוזום.

בשנת 1978 חברה פרופ' יונת לקבוצת מחקר במכון מקס פלנק לגנטיקה מולקולתית בברלין, בראשות ה' ג' ויטמן, מקום שם נצברו כמויות גדולות של תכשירי ריבוזומים מנוקים שהופקו מבצילוס, שאיפשרו לה להתקדם בניסיונות הגיבוש. לאחר כשנתיים הצליחה לקבל תמונה ראשונה של תת-היחידה הגדולה, ובשנת 1981 בעידודו של ג' קנדרו (חתן פרס נובל) ואז ראש המעבדה לביולוגיה מולקולתית בהיידלברג, הצליחה לקבל תמונות של היחידה 50S של בצילוס בכושר הפרדה של 3 אנגסטרום. במאמציה לקבל גבישים יציבים יותר של ריבוזומים נדרשה יונת לחיידקים מים המלח, היציבים לריכוזי מלח גבוהים, והפיקה תכשירים מהחיידק Haloarcula marismortui. בנוסף שיתפה פעולה ואימצה את שיטתו של ה' הופ מדייביס, קליפורניה, לשמור את הגבישים בקירור עמוק של כ-185 מעלות מתחת לאפס. שילוב של שני חידושים אלה, העניק לגבישים יציבות גדולה שהיתה דרושה כדי "להפציצם" בקרני X בעוצמה גבוהה, מבלי לפגוע במבנה. במחקרים קריסטלוגרפיים, מסמנים החוקרים את הגבישים באטומים כבדים כדי לקבל נקודות התייחסות בולטות. יונת יזמה חידוש נוסף גם בכיוון זה, וסימנה את גבישי הריבוזומים בצברים של אטומים כבדים ובכך יצרה נקודות התייחסות בולטות עוד יותר. בשנת 1995, הציגה יונת את ממצאיה בכינוס בין-לאומי של חוקרי ריבוזומים בוויקטוריה שבקנדה. אולם, הקבוצות האחרות שהחלו לעבוד במקביל על מבנה הריבוזום בשנות ה-80 וה-90 החליטו לא להפקיד את הבכורה בידיה של יונת, והגבירו מאמצים לפענוח מדויק של המבנה. בשנת 1996 צירף אליו נולר מקליפורניה את הזוג יוסופוב שעזבו את רוסיה לאחר שחקרו שנים רבות את מבנה הריבוזום. נולר התעניין בריבוזומים כעשרים שנה, ובין השאר איפיין וקבע רצף של מרכיבי רנ"א שונים בריבוזום. הוא צירף לקבוצתו גם את הקריסטלוגרף ג' קייט וביחד הגיעו לתיאור המבנה של שתי היחידות של ריבוזום החיידק Thermus thermophilus, שאף הריבוזומים שלו יציבים ביותר, בכושר הפרדה של 7.8 אנגסטרום.

בחודש יוני שנה זו, הציגו יונת, ראמאקרישנן, מור ו-סטייץ את ממצאיהם בכינוס של חוקרי ריבוזומים בהליסנגור, דנמרק. לכאורה עבודתה של יונת על מבנה תת-היחידה 30S היתה ברמה פחות טובה משל האחרים, אך בחודש אוגוסט בכינוס הבין-לאומי השמונה-עשר של איחוד הקריסטלוגרפים בגלזגו, הציגה יונת מבנה של תת-היחידה הקטנה של החיידק Thermus thermophilus בכושר הפרדה של 4.5 אנגסטרום (!), שהוא המדויק ביותר שנערך עד כה. המבנה כלל סמנים שדימו את האתרים התפקודיים של הריבוזום, וגילו היכן נקשרת מולקולת הרנ"א שליח, תמונה טובה יותר מזו שפורסמה על-ידי קבוצתו של נולר ב-Science. תוצאותיה של יונת וקבוצתה, שהוגשו לפרסום ב-23.8.99, ראו אור בתחילת חודש דצמבר 1999 בעיתון "רשומות האקדמיה הלאומית למדעים" [5] והן מפורטות יותר ומדויקות יותר מאלה שפורסמו בחודשים הקודמים על-ידי הקבוצות האחרות. לפיכך מוענקת ליונת הבכורה בכל הנוגע לפיתוח השיטות לחקר הריבוזומים, והחוקרים מסכימים שבכורה בהחלט מגיעה לה, ואכן היא הגיעה לשלב זה של המרוץ במקום טוב בראש הרשימה עם תוצאות בולטות לא פחות מאלה של הקבוצות האחרות.

מ"גיבוש" כל הממצאים הנ"ל, מסכם א' ליליאס [6], זוהו בבירור מרכזי הפעילות של הריבוזום: אתרי הקישור של הרנ"א מעביר (tRNA) המסומנים באותיות E, P, A יוצרים גשרים בין תת-היחידות של הריבוזום. אופיינו טוב יותר אזורים ב-16S רנ"א שזוהו בעבר כעמדות בהן עוברים פענוח הקודונים של הרנ"א שליח. האנטי-קודון באתר P מוחזק במקומו בחוזקה על-ידי קישורו לריבוזום, ועוד גילויים ואיפיונים חשובים, אך עדיין לא הופקד כל המיפוי של כל אטום במבנה, ו-ליליאס מדגיש את החשיבות של מתן גישה למידע זה באמצעות בנק המידע לחלבונים.

לסיום, רצוי לציין שיונת אכן הפקידה את הקואורדינטות האטומיות של מבנה תת-היחידה 30S בבנק המידע לחלבונים וניתן לראות ברשת האינטרנט בכתובת: http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureId=1DV4