Hyppää pääsisältöön

Nobel-tarinoita 3: Ada Yonath – karhun talviunesta eväät Nobelin palkintoon

Ada Yinath
Ada Yonath Ada Yinath Kuva: Chemical Heritage Foundation ada yonath

Kun israelilainen kemisti Ada Yonath alkoi tutkia ribosomin tarkkaa rakennetta 1980-luvun alkupuolella, kollegat epäilivät hanketta ja ajattelivat hänen olevan haihattelija, kenties jopa hullu, joka ei tuntunut ymmärtävän kuinka mahdottomaan urakkaan hän oli panemassa sormensa.
”He pitivät minua täysin epärealistisena haaveilijana”, Yonath kertoo.

Ribosomin rakennetta pidettiin aivan liian monimutkaisena, jotta se ylipäätään voitaisiin selvittää. Mistään helposta hommasta ei ollutkaan kyse. Ribosomissa on satoja tuhansia atomeja, jotka piti panna tarkasti järjestykseen ja tehdä kuva, joka paljastaa ribosomin toiminnan yksityiskohtia solussa.

”Tein merkittäviä löytöjä ja matkan varrella sain hyviä johtolankoja, ja tiesin hyvin, että minun kannatti jatkaa työtä”, Yonath perustelee.

Vihdoin hän pokkasi kolmisenkymmentä vuotta kestäneestä rupeamasta kemian Nobel-palkinnon vuonna 2009, yhdessä kahden toisaalla työskennelleen ribosomitutkijan, intialaissyntyisen Venkatraman Ramakrishnanin ja yhdysvaltalaisen Thomas Steitzin, kanssa.

Ribosomi muistuttaa sykkyröitynyttä lankakerää

Ribosomi on solun proteiinitehdas, jossa valmistetaan niitä proteiineja, joita solu käyttää rakenneaineiksi ja entsyymeiksi. Valmistusohjeet on kirjoitettu geeneihin, joista lähetti-RNA-molekyylit kopioivat reseptin ja kuljettavat tumasta solulimaan ribosomille.

Proteiinit valmistetaan aminohapoista, joita siirtäjä-RNA –molekyylit tuovat rakennuspaikalle. Aminohapot sijoitetaan geeneissä olevan reseptin mukaan peräjälkeen ja sidotaan toisiinsa kemiallisesti, peptidisidoksin.

Näin syntyy pitkiä aminohappoketjuja, kuin molekyylilankoja, jotka lopuksi tulevia tehtäviä varten kietoutuvat ja vyyhdittyvät. Tuloksena on proteiinimolekyyli, jonka kolmiulotteinen muoto on tarkasti määrätty.

Nykyiset erinomaiset tietokonekuvat paljastavat ribosomien monimutkaisen ja sekavalta näyttävän rakenteen. Ne ovat kuin pahasti sotkeutuneet lankakerät, todelliset kutojan painajaiset.

E. coli -bakteerin ribosomi
E.coli -bakteerin ribosomin alayksiköt E. coli -bakteerin ribosomi e. coli -bakteerin ribosomi

Bakteeri- ja ihmissolussa ribosomit ovat hiukan erilaisia mutta niissä on kummassakin kaksi useista eri proteiineista koostuvaa alayksikköä, joita kutsutaan subuniiteiksi. Toinen subuniitti on isompi kuin toinen. Mukana on myös ribonukleiinihappoa RNA:ta.

Haloarcula marismortui -arkkibakteerin ribosomia
Haloarcula marismortui -arkin ribosomia Haloarcula marismortui -arkkibakteerin ribosomia haloarcula marismortui -arkkibakteerin ribosomia

Tällaisen sotkun selvittäminen atomitasolla ei ole helppo työ, mutta todellisen haasteen toi itse tutkimusmenetelmä, röntgensädekristallografia.

Tutkijan haasteena oli hyvän kiteen valmistaminen

Kun Ada Yonath aloitti työn ribosomien parissa, proteiinien rakenteita oli jo vuosikymmeniä määritetty röntgensädekristallografian avulla. Juuri tällä menetelmällä James Watson ja Francis Crick päättelivät Cambridgessa Englannissa DNA:n kaksoiskierrerakenteen vuonna 1953. Vuonna 1962 he pokkasivat työstään lääketieteen Nobel-palkinnon yhdessä Lontoossa työskennelleen Maurice Wilkinsin kanssa.

Samana vuonna 1962 palkittiin kemian Nobelilla Max Perutz ja John Kendrew, jotka samaisessa laboratoriossa Cambridgessä onnistuivat ratkaisemaan aivan samalla röntgenmenetelmällä ensimmäistä kertaa proteiinien tarkat rakenteet. Kyse oli hemoglobiini- ja myoglobiini-proteiineista.

Röntgenkristallografia edellyttää, että tutkittavasta aineesta saadaan tehdyksi hyvä kide. Sellainen tarvittiin ribosomistakin ja tätä Yonathin tutkijakollegat epäilivät. ”He eivät uskoneet, että ribosomista voitiin tehdä edustava kide”, Yonath selittää.

Kiteyttämisen ongelmat juontuvat ribosomin monimutkaisesta ja epäsymmetrisestä rakenteesta. ”Monet hyvätkin tutkijat olivat yrittäneet kiteyttämistä siinä onnistumatta”, hän paljastaa.

Karhun ribosomit pakkautuvat järjestykseen talvella

Kun Yonath työskenteli Berliinissä Max Planck-instituutissa, kohdalle osui mukava onnenkantamoinen. Hän sattui lukemaan karhujen talviunesta artikkelin, jossa kerrottiin karhun ribosomien pakkautuvan järjestykseen soluissa ennen talviunta.

”Sain ajatuksen, että ehkäpä tuollaiset järjestyneesti pakatut ribosomit voidaan kiteyttää, ja päätin, että jos karhut siinä onnistuvat niin kyllä minäkin”, hän naurahtaa.

Karhun ribosomit asettuvat isäntänsä tavoin talvilepoon mutta kevään koittaessa aktivoituvat jälleen. ”Kun karhu herää talviunesta, sen solut tarvitsevat suuren määrän proteiineja. Silloin ribosomit aktivoituvat ja alkavat jälleen valmistaa proteiineja”.

Yonath ryhtyi tekemään kiteyttämiskokeita 1980-luvun alussa erilaisten äärioloissa kuten kuumissa lähteissä ja suolaisissa oloissa viihtyvien bakteerien ja arkkien ribosomeilla.

Ribosomit piti ensin eristää solusta ja sen jälkeen erottaa niiden kaksi alayksikköä toisistaan. Nämä työt onnistuivat kyllä hyvin, mutta suurin haaste oli kiteyttäminen.

”Etenin kiteyttämiskokeissa askel askeleelta ja harkiten, pyörittelin asioita päässäni, en edennyt summittain vaan mietin tarkkaan mitä minun kannatti seuraavaksi tehdä”, hän selostaa.

Vajaassa puolessa vuodessa hän sai aikaan ensimmäiset mikrokiteet, jotka kuitenkaan eivät olleet kovin hyviä. Tarvittiin parempia kiteitä.
”Joskus röntgensädekuvat olivat lupaavia, joskus taas eivät”, hän kuvailee edistymistä.

Vähitellen kidekuvat paranivat ja ribosomien rakenne alkoi hahmottua. Tulokset alkoivat vihdoin näyttää lupaavilta.

2000-luvun alussa Yonathin tutkimusryhmän julkaisemat ribosomikuvat arvostetuissa tiedelehdissä olivat jo varsin tarkkoja ja rakenteen yksityiskohdat näkyivät muutaman Ångströmin tarkkuudella.

Ryhmä tutki eri bakteerien ribosomeja, joista se julkaisi myös kummankin alayksikön rakenteet ja lukuisia muita yksityiskohtia. Niiden perusteella päästiin jyvälle ribosomin toiminnan monista yksityiskohdista. Yonathin ryhmä löysi ribosomista myös tunnelimaisen rakenteen, jota pitkin proteiiniksi valmistuva aminohappoketju poistuu valmistuspaikalta.

Ryhmä on tutkinut myös joidenkin antibioottien vaikutustapaa. On käynyt ilmi, että antibiootit tarttuvat bakteerin ribosomiin ja estävät bakteerin proteiinisynteesin, niin että bakteeri kuolee. Tuloksia voidaan hyödyntää, kun uusia antibiootteja kehitetään.

Yonath on työskennellyt Yhdysvalloissa, Saksassa ja varsinkin Rehovotissa Israelissa Weizmann-instituutissa, jossa hän on jatkanut työtään Nobelin palkinnon jälkeenkin.
”Ribosomista tarvitaan yhä yksityiskohtaisempia kuvia. Antibioottien toimintatavoistakaan emme tiedä kaikkea, joten tutkimme niitä edelleen. Myös proteiinisynteesin mekanismissa riittää selvitettävää”, hän luetteli tutkimushaasteitaan vuonna 2009 Lindaun Nobel-kokouksessa.

Yonathin ribosomisivu Weizmann-instituutissa
Ada Yonath Nobel-sivustolla

Haastattelu on tehty Nobel Laureats Meetingissä Lindaussa Saksassa vuonna 2009

Lue myös - yle.fi:stä poimittua

  • Kommentti: Totuus Madonnasta

    Madonnan esitys Euroviisuissa mahalasku monella tapaa.

    Madonnan esiintyminen Euroviisuissa oli kamalaa ja epävireistä kuunneltavaa. Totuus on, ettei Madonna ole erityinen lahjakkuus laulajana, mutta se ei ole koskaan haitannut, kirjoittaa YleX:n musiikkitoimittaja Markku Haavisto. Oivoi ja ai kauheeta. Siinä ovat päällimmäiset reaktiot Madonnan lauantaisen Euroviisu-esiintymisen jälkeen.

  • Jobinpostia ja Salomonin tuomioita – testaa, tunnetko metaforat!

    Käytämme kielessä paljon metaforia. Ovatko ne tuttuja?

    Metaforalla tarkoitetaan vertauskuvaa, jota käytämme kielessämme – usein huomaamattamme. Aikojen saatossa jokin asia onkin siirtynyt merkitsemään toista ja alkuperäinen merkitys on kenties jo unohtunut. Tunnetko sinä seuraavien metaforien merkityksen tai alkuperän?

Uusimmat sisällöt - Tiede