Czego możemy nauczyć się
od rybosomów?

avatar
Dr Paula Dobosz 31 Mar, 7 minut czytania

 

Wywiad z Profesorem Venkatramanem ‘Venkim’ Ramakrishnanem, noblistą, ekspertem od rybosomów, członkiem amerykańskiej i indyjskiej Narodowej Akademii Nauk, Leopoldina i EMBO oraz byłym prezesem UK Royal Society

Profesor Venkatraman ‘Venki’ Ramakrishnan to biolog, zdobywca Nagrody Nobla, którego wiele prac naukowych obejmuje prace nad strukturą atomową rybosomu.

Określił strukturę atomową podjednostki rybosomalnej 30S, a następnie struktury całego rybosomu w wielu różnych stanach i w kompleksach z kilkoma antybiotykami. Ostatnio używa mikroskopii elektronowej do wizualizacji działania rybosomów w organizmach wyższych. Ta praca pozwoliła nam lepiej zrozumieć, jak działa rybosom i jak antybiotyki go hamują. W przeszłości zajmował się również strukturą histonów i chromatyny, które pomagają nam zrozumieć, jak zorganizowane jest DNA w komórkach.

Venki otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za pracę nad strukturą rybosomalną i został pasowany na rycerza w 2012 roku. Jest członkiem amerykańskiej Narodowej Akademii Nauk, Leopoldina i EMBO oraz zagranicznym członkiem indyjskiej Narodowej Akademii Nauk. Były prezes Royal Society.

 

  1. Dlaczego rybosomy? Na pierwszy rzut oka wydają się takie nudne!

Rybosomy są interesujące z kilku powodów.

    1. Są jednymi z najstarszych cząsteczek w komórce i sięgają wstecz do pierwotnej formy życia, zanim pojawiły się białka i prawdopodobnie zanim powstało DNA – a na pewno zanim mieliśmy geny w naszym DNA.

    2. Każda cząsteczka biologiczna w komórce jest albo wytwarzana przez rybosomy (jeśli są to białka) albo przez enzymy, które same są wytwarzane przez rybosomy. Można więc myśleć o rybosomie jako o matce lub babci wszystkich cząsteczek biologicznych.

    3. Ponieważ rybosomy są tak stare, nasze rybosomy i rybosomy bakterii są na tyle różne, że wiele związków blokuje rybosomy bakteryjne, ale nie wpływa tak bardzo na nasze własne rybosomy. Związki te są użytecznymi antybiotykami, takimi jak erytromycyna, spektynomycyna, tetracyklina i wiele innych.

 

2. Czy są jakieś choroby bezpośrednio związane z wadliwym działaniem rybosomu?

Wiele chorób genetycznych, w tym różne nowotwory krwi, jest bezpośrednio związanych z defektami naszych rybosomów.

 

3. Czy możemy użyć rybosomów do produkcji białek? Mianowicie przejąć całą maszynerię produkującą białko wewnątrz naszych komórek i zmusić ją do wykonania pracy, na przykład stworzenia brakującego białka? W ten sposób moglibyśmy leczyć niektóre choroby, prawda?

To, o czym mówisz, to w zasadzie terapia genowa, w której dostarczasz prawidłową wersję wadliwego lub brakującego genu. Komórka następnie kopiuje ten gen do informacyjnego RNA (lub mRNA), a rybosom tłumaczy go tak, jak każdy inny odpowiedni mRNA. To się dzieje. Innym przykładem jest bezpośrednie dostarczanie mRNA do komórek, aby rybosomy wytworzyły białko, które koduje mRNA. Jest to podstawa najnowszych szczepionek mRNA p/COVID opracowanych przez BioNTech/Pfizer i Moderna. Ostatecznie to rybosom wytwarza białko Spike, które stymuluje nasz układ odpornościowy, dzięki czemu stajemy się odporni na infekcje.

 

4. Jakie to uczucie otrzymać nagrodę Nobla? Czy to zmieniło Pana życie? Czy zmieniło później Pana naukowe zainteresowania?

Zmieniło to moje życie w tym sensie, że jestem proszony o wypowiadanie się lub uczestniczenie w wydarzeniach spoza mojej dziedziny, a także o moje zdanie na różne tematy. Staram się uważać, aby nie robić zbyt wiele tego typu rzeczy, aby nadal móc utrzymać moje zainteresowania naukowe i inne. Moje laboratorium nadal pracuje nad rybosomami.

 

5. Czy uważa Pan, że w ludzkiej komórce jest jeszcze wiele do odkrycia? A może osiągnęliśmy już granice i powinniśmy skupić się na czymś innym, powiedzmy na farmakologii, chemii lub fizyce, aby lepiej zrozumieć relacje, powiązania, interakcje?

Jest wiele rzeczy, których nie wiemy o biologii, w tym o tym, jak komórki rozwijają się i zmieniają swój stan, jak umierają lub żyją dłużej, jaka jest komórkowa i molekularna podstawa pamięci, a także jak wszystkie molekuły w zatłoczonym środowisku komórki znajdują swoją właściwą lokalizację lub cele i są w stanie funkcjonować w skoordynowany sposób. Komórka jest jak niezwykle złożone, samorządne społeczeństwo, a jej zrozumienie zajmie dużo czasu.

 

6. Jaki jest dzisiaj Pana główny obszar zainteresowań? Jakie są tematy badawcze w Pana zespole?

Próbujemy zrozumieć, w jaki sposób rybosomy są regulowane, skąd wiedzą kiedy i gdzie rozpocząć translację na długim kawałku mRNA, w jaki sposób komórka utrzymuje kontrolę jakości i jak organelle w naszych komórkach zwane mitochondriami wytwarzają białka. Mitochondria są potomkami bakterii, które zostały połknięte przez większą komórkę około dwa miliardy lat temu i są w dużej mierze odpowiedzialne za produkcję energii, a także za wiele aspektów jej metabolizmu i są niezbędne dla naszego zdrowia i dobrego samopoczucia.

 

7. Czy w swoich badaniach wykorzystuje Pan superkomputery? Bardzo dokładne mikroskopy? Może też algorytmy oparte na sztucznej inteligencji? Jakie są dziś podstawowe techniki stosowane w Pana laboratorium?

Już od wczesnych lat pięćdziesiątych biologia strukturalna wykorzystywała jedne z najbardziej zaawansowanych komputerów i to trwa do dziś. Z pewnością szeroko korzystamy z mikroskopów elektronowych, aby uzyskać szczegółowe struktury rybosomu w wielu jego stanach. A metody obliczeniowe, w tym sztuczna inteligencja, odgrywają coraz większą rolę w biologii strukturalnej.

 

8. Czy sam Pan zdecydował o napisaniu książki? Dlaczego? Czy komunikowanie się badacza z opinią publiczną nie jest stratą czasu? Zwykle nie rozumieją ani nie przyczyniają się do odkryć naukowych, prawda?

Alex Gann, znany naukowiec z Cold Spring Harbor w stanie Nowy Jork, powiedział mi kiedyś, że jeśli opublikuję kolejny artykuł w ważnym czasopiśmie, przeczytałaby go tylko garstka ludzi z mojej dziedziny, ale gdybym napisał popularną książkę, przeczytałyby ją tysiące. To z pewnością prawda. Uważam również, że bardzo ważne jest, aby naukowcy dzielili się ekscytacją i wiedzą z odkryć z opinią publiczną. Nauka jest tak samo częścią ludzkiej kultury, jak literatura, sztuka czy muzyka.

 


Wywiad został przeprowadzony w marcu 2022 roku

Autorka: dr Paula Dobosz, tłumaczenie z angielskiego: lek. Maria Stępień


 

What can we learn from the ribosomes?

 

Interview with Professor Venkatraman ‘Venki’ Ramakrishnan, Nobel Prize winner, ribosome expert, member of the US and Indian National Academy of Sciences, Leopoldina and EMBO and former president of the Royal Society

Venkatraman ‘Venki’ Ramakrishnan is a Nobel Prize-winning biologist whose many scientific contributions include his work on the atomic structure of the ribosome.

He determined the atomic structure of the 30S ribosomal subunit followed by structures of the entire ribosome in many different states and in complexes with several antibiotics. More recently, he has been using electron microscopy to visualise ribosomes in action in higher organisms. This work has advanced our understanding of how the ribosome works and how antibiotics inhibit it. In the past he has also worked on histone and chromatin structure, which help us to understand how DNA is organised in cells.

Venki received the Nobel Prize in Chemistry for his work on ribosomal structure and was knighted in 2012. He is a Member of the US National Academy of Sciences, Leopoldina and EMBO, and a Foreign Member of the Indian National Science Academy. Former President of the Royal Society.

 

  1. Why ribosomes? They seem to be so boring at the first glance!

Ribosomes are interesting for several reasons.

    1. They are among the oldest molecules in the cell and go all the way back to a primordial form of life before there were proteins and probably before there was DNA – and certainly before we had genes in our DNA.

    2. Every biological molecule in the cell is either made by the ribosome (if they are proteins) or made by enzymes which are themselves made by the ribosomes. So you can think of it as the mother or grandmother of all biological molecules.

    3. Because ribosomes are so old, our ribosomes and those of bacteria are sufficiently different that many compounds block bacterial ribosomes but do not affect our own ribosomes as much. These compounds are useful antibiotics, like erythromycin, spectinomycin, tetracycline and many others.

 

2. Are there any diseases directly connected with the ribosome malfunction?

Many genetic diseases, including various blood cancers are directly related to defects in our ribosomes.

 

3. Can we use ribosomes to manufacture proteins for us? Namely, hijack the entire protein-producing machinery inside our cells and force it to do the job, for example create missing protein? This way we’d be able to treat some diseases, right?

What you are talking about is basically gene therapy where you supply a correct version of a defective or missing gene. The cell then copies that gene into messenger RNA (or mRNA) and the ribosome translates it like it would any other suitable mRNA. This is being done. Another example is directly providing mRNA to cells to make ribosomes make the protein that the mRNA is coding for. This is the basis for the recent mRNA covid vaccines by BioNTech/Pfizer and Moderna. Ultimately it is the ribosome that is making the spike protein that stimulates our immune system, so we become resistant to infection.

 

4. How does it feel to receive a Nobel Prize? Has it changed your life? Have you changed your topic of interest afterwards?

It has changed my life in the sense I am asked to speak or participate in events outside my field of specialty, and also am asked my opinion about all sorts of things. I try to be careful not to do too much of this sort of thing so that I can still maintain my scientific and other interests. My lab is still working on ribosomes.

 

5. Do you think there is still a lot to be discovered inside the human cell? Or maybe we’ve already reached the limits and should focus on something else, say pharmacology, chemistry or physics, in order to better understand relationships, connections, interactions?

There is a huge amount we don’t know about biology, including how cells develop and change their state, how they die or live longer, the cellular and molecular basis of memory, and also how all of the molecules inside the crowded environment of a cell find their right location or targets and are able to function in a coordinated way. The cell is like an extremely complex self-governing society and it will take a long time to understand.

 

6. What is your main area of interest today? Research topics in your team?

We are trying to understand how ribosomes are regulated, how they know when and where to start translating on a long piece of mRNA, how the cell maintains quality control, and how organelles in our cells called mitochondria make proteins. Mitochondria are descendants of bacteria that were swallowed up by a larger cell about two billion years ago, and are responsible for a lot of the cell’s energy production as well as many aspects of its metabolism, and they are essential for our health and wellbeing.

 

7. Do you use supercomputers in your research? Extra-fine microscopes? Maybe AI-based algorithms too? What are the basic techniques used in your lab today?

Right from the early days in the 1950s, structural biology has used some of the most advanced computers around, and that continues to this day. We certainly use electron microscopes extensively to obtain detailed structures of the ribosome in its many states. And computational methods, including AI, are playing an increasingly important role in structural biology.

 

8. Have you decided to write a book on your own? Why? Isn’t it a waste of time for the researcher to communicate with the general public? They usually don’t understand nor do they contribute to scientific discoveries, do they?

Alex Gann, a well-known scientist in Cold Spring Harbor, NY, once said to me that if I publish another paper in an important journal, only a handful of people in my field would actually read it, but if I wrote a popular book, it would be read by thousands. That has certainly been true. I also believe it is very important that scientists share the excitement and knowledge of discoveries with the general public. Science is as much a part of human culture as literature, art or music.

 

———————–

The interview was conducted in March 2022

Author: Paula Dobosz, PhD, translation: Maria Stępień MD

 


Fakty i Mity Genetyki tworzone są przez pasjonatów, specjalistów w swoich dziedzinach.
Ten artykuł czytasz za darmo, bez reklam, bez spamu. Doceń naszą pracę i postaw nam wirtualną kawę 🙂
Dziękujemy! – Wasza Redakcja FiMG

Postaw mi kawę na buycoffee.to


Podziel się: