Gene Machine: การแข่งขันเพื่อถอดรหัสความลับของ
Ribosome Venki Ramakrishnan Oneworld (2018)
ในปี 1968 นักชีววิทยาระดับโมเลกุล James Watson ได้จุดไฟให้กับโลกแห่งชีวประวัติทางวิทยาศาสตร์โดยตีพิมพ์ The Double Helix ซึ่งเป็นไดอารี่ของเขาเกี่ยวกับการค้นพบโครงสร้างของดีเอ็นเอ รูปแบบที่ไม่เคารพของมันทำให้ผู้อ่านตกใจและยินดีในระดับที่เท่าเทียมกัน และมันเปลี่ยนวิธีคิดเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์โดยนำเสนอเป็นการแข่งขันที่ผู้ชนะได้รับรางวัลโนเบลและผู้แพ้ไม่ได้อะไรเลย
ห้าสิบปีต่อมา นักชีววิทยาโครงสร้าง ผู้ได้รับรางวัลโนเบล และ Venki Ramakrishnan ประธาน Royal Society เล่าเรื่องการวิ่งมาราธอนของเขาเอง ใน Gene Machine เขาใช้เส้นทางความคิดของเขาอย่างรอบคอบในการทำสมาธิที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับวิธีที่นักวิทยาศาสตร์ตัดสินใจในการตัดสินใจที่นำไปสู่ความสำเร็จหรือความล้มเหลว และวิธีที่พวกเขาต่อสู้เพื่อแก้ปัญหาที่ซับซ้อน “นักวิทยาศาสตร์จะร่วมมือกันหรือแข่งขันกันโดยขึ้นอยู่กับสิ่งที่พวกเขาสนใจ” เขาเขียน และเสริมว่าการแข่งขันอาจ “ดีสำหรับวิทยาศาสตร์ แม้ว่าจะไม่ได้ยอดเยี่ยมสำหรับนักวิทยาศาสตร์ก็ตาม”
Ramakrishnan ตระหนักตั้งแต่เริ่มแรกว่าแม้ว่าคนส่วนใหญ่ในปัจจุบันมีความคิดที่คลุมเครืออย่างน้อยว่า DNA เป็นพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรม แต่ไรโบโซมแทบไม่ลงทะเบียน กระนั้น หากปราศจากมัน ชีวิตอย่างที่เราทราบก็คงไม่มีวิวัฒนาการ ทุกเซลล์ที่มีชีวิตประกอบด้วยโครงสร้างที่ซับซ้อนเหล่านี้นับล้าน แต่ละเซลล์ประกอบด้วยหน่วยย่อยขนาดใหญ่และขนาดเล็ก และรวมโปรตีนสองสามโหลและอาร์เอ็นเอสายยาว พวกเขาเป็นโรงงานโปรตีน ไรโบโซมแต่ละตัวทำงานตามโมเลกุลของ RNA ของผู้ส่งสาร โดยอ่านสำเนาคำสั่งทางพันธุกรรมที่เข้ารหัสใน DNA ด้วยวิธีนี้ ไรโบโซมจะประกอบเป็นสายโปรตีนที่ลอยออกไปเพื่อสร้างและบริหารร่างกาย
สิ่งนี้เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วเมื่อ Ramakrishnan เริ่มทำงานกับไรโบโซมในปี 1978 แม้ว่าในขณะที่เขาเขียนว่า “เราไม่รู้ว่ามันทำได้อย่างไร แม้แต่ขั้นตอนที่ซับซ้อนมากมายที่เกี่ยวข้องกับการสร้างโปรตีน” การแข่งขันสำหรับไรโบโซมจะจัดวางใหม่เป็นเครื่องจักรที่สลับซับซ้อนพร้อมชิ้นส่วนการทำงานมากมาย ซึ่งตอนนี้คุณสามารถรับชมการใช้งานจริงบน YouTube ได้แล้ว
รามกฤษณันเกิดในอินเดียกับผู้ปกครองที่เป็นนักวิชาการ
ศึกษาวิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยบาโรดา (ปัจจุบันคือวาโดดารา) ในรัฐคุชราต ในปี 1971 เขาไปที่มหาวิทยาลัยโอไฮโอในเอเธนส์เพื่อทำงานระดับบัณฑิตศึกษาสาขาฟิสิกส์เชิงทฤษฎี เมื่อถึงเวลาที่เขาส่งวิทยานิพนธ์ เขาก็ตัดสินใจเปลี่ยนไปเรียนวิชาชีววิทยา เมื่ออ่านหัวข้อที่เขาแทบไม่รู้อะไรเลย เขาเลือกไรโบโซมจากความแข็งแกร่งของบทความ Scientific American ที่ร่วมเขียนโดยนักชีววิทยาปีเตอร์ มัวร์ ภายในเวลาไม่กี่ปี เขาก็อยู่ในช่วงเริ่มต้น ในตำแหน่ง postdoc ในห้องทดลองของ Moore ที่ Yale University ใน New Haven รัฐคอนเนตทิคัต
เห็นได้ชัดว่าวิธีเดียวที่จะเข้าใจไรโบโซมคือการแก้โครงสร้าง 3 มิติที่ความละเอียดของอะตอมแต่ละตัว Ramakrishnan ฝึกฝนใหม่ในผลึก X-ray จากนั้นเป็นเทคนิคที่ต้องการของนักชีววิทยาโครงสร้าง
นักชีววิทยาโครงสร้างต้องเผชิญกับความท้าทายที่แทบจะเป็นไปไม่ได้ สิ่งเหล่านี้รวมถึงการทำฟลอปปี้โปรตีนที่ไม่สม่ำเสมอก่อตัวเป็นผลึกเพื่อทิ้งระเบิดด้วยรังสีเอกซ์ ได้รับรูปแบบการเลี้ยวเบนจากผลึกที่ฉายรังสีก่อนที่โครงสร้างจะสลายตัว และการแก้ปัญหา ‘เฟส’ ที่เคยมีมา ความคลุมเครือในรูปแบบการเลี้ยวเบนที่เกิดจากพีคในคลื่นเอ็กซ์เรย์ที่ให้ความเข้มเท่ากับรางน้ำ ในที่สุด ซอฟต์แวร์จะสร้างแผนที่ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่ความละเอียดสูงพอที่จะ “มองเห็น” อะตอมแต่ละตัวได้ สำหรับไรโบโซมที่ใหญ่และซับซ้อน ทีมวิจัยจำนวนมากในประเทศต่างๆ ทำงานเกี่ยวกับปัญหาเหล่านี้แต่ละอย่างอย่างต่อเนื่องหรือพร้อมๆ กัน
ผู้ก่อตั้งฟิลด์ไรโบโซมที่ได้รับการยอมรับคือ Ada Yonath นักผลึกศาสตร์ชาวอิสราเอล เธอกับเพื่อนร่วมงานที่ Max Planck Institute for Molecular Genetics ในกรุงเบอร์ลิน ได้ตีพิมพ์การตกผลึกที่ประสบความสำเร็จครั้งแรกของหน่วยย่อยไรโบโซมในปี 1980 กฎที่ไม่ได้เขียนไว้ในผลึกศาสตร์ในขณะนั้นคือเมื่อมีคนมีคริสตัลแล้ว ทุกคนก็จะปล่อยให้คริสตัลเป็นแบบนั้น เพื่อก้าวไปสู่ความละเอียดปรมาณู รามกฤษณะเขียนว่าไรโบโซมมีความแตกต่างกันเนื่องจากมีความสำคัญ และความจริงที่ว่าหลายปีผ่านไป “ไม่มีความคืบหน้าอย่างชัดเจนต่อโครงสร้างที่แท้จริง” ภายในปี 1995 กลุ่มสี่กลุ่มทั่วโลกกำลังแข่งขันกัน และกลุ่มอื่นๆ อีกหลายกลุ่มมีส่วนสนับสนุนเทคนิคหลักในการปรับปรุงการตกผลึกหรือค้นหาตำแหน่งอะตอม
ในปี พ.ศ. 2542 รามกฤษณะได้ย้ายไปอยู่ที่นครเมกกะของชีววิทยาเชิงโครงสร้าง ห้องปฏิบัติการ Medical Research Council of Molecular Biology ในเมืองเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร นักวิทยาศาสตร์ในห้องปฏิบัติการแห่งนี้ได้รับรางวัลโนเบลถึงเจ็ดรางวัลแล้ว ขณะนี้สถาบันได้รวบรวม 11 แห่งซึ่งมากกว่าประเทศที่ก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์บางประเทศ Ramakrishnan มุ่งเน้นไปที่หน่วยย่อยของไรโบโซมที่เล็กกว่าซึ่งถอดรหัส mRNA ก่อนที่หน่วยย่อยที่ใหญ่กว่าจะประกอบโปรตีน
