Den knöliga 3D-strukturen på skärmen framför Rachel Green visade ett intracellulärt bilvrak som aldrig tidigare setts av forskare. Det bekräftade också en hypotes som ett team i hennes labb hade arbetat med i månader.

Men till en början var Green inte så imponerad. "Det är allt?" hon minns att hon tänkte snett.

Det var tidigt 2021 och hon var på sabbatsår och arbetade vid Ludwig Maximilian University i München med sin vän och medarbetare, Roland Beckmann. Green, en utredare vid Howard Hughes Medical Institute vid Johns Hopkins University, hade berättat för honom om ett projekt i hennes labb som utforskade ett mångårigt biologiskt mysterium. De försökte fylla i en viktig lucka i forskarnas kunskap om hur bakterieceller svarar på problem med proteinsyntesen. Eftersom celler behöver proteiner för nästan allt de gör, är detta svar avgörande för normal funktion.

Greens team hade en bra uppfattning om vad som pågick, men de hade inte ögonblicksbilderna för att bevisa det. Beckmann, en strukturbiolog, var fascinerad. Med hjälp av en teknik som kallas kryo-elektronmikroskopi avslöjade hans team vad som händer på platsen – det vill säga om du visste vad du skulle leta efter.

"När de först visar dig en struktur kan du inte riktigt säga vad någonting är eftersom allt är grått", säger Green. "Roland pekade på en liten klump och sa:'Titta, där är den!'"

Hennes team misstänkte att den "lilla klumpen" fungerade som en molekylär första responder som dyker upp vid olyckan. Beckmanns bilder bekräftade molekylens identitet och presenterade ny information om hur denna räddningsoperation, en metod för kvalitetskontroll av bakterier, fungerar. Beckmann, Green och en grupp forskare i hennes labb under ledning av Allen Buskirk beskrev först forskningen i ett förtryck på bioRxiv.org och senare i tidskriften Nature den 9 mars 2022. Arbetet kan ge ledtrådar om hur andra, mer komplexa organismer – kanske till och med människor – håller proteinproduktionen på rätt spår.

Molekylära maskiner som kallas ribosomer följer bokstavligen instruktioner kodade i en linjär sträng av genetiskt material. När de färdas längs strängen bygger de ett protein. Ibland fungerar dock denna maskin inte.

Tidigare forskning på jäst, vars celler liknar djurens, hade visat att ribosomer stannar när de hamnar i problem. Som en bil som stannar för plötsligt kan en avstannad ribosom vändas bakåt av den bakom. Greens labb hade tidigare identifierat en jästmolekyl som reagerar på dessa kollisioner. Som en liten käkar av livet, klipper molekylen den fastnade ribosomen fri. Det är det första steget i en räddningsinsats som i slutändan låter cellen rädda och återanvända dessa värdefulla, proteintillverkningsmaskiner.

Bakteriecellers ribosomer kan också fastna, men forskare tvivlade på att bakterier reagerar på kollisioner på samma sätt som jäst gör. Det beror på att forskare redan visste att bakterier har sin egen distinkta metod för att rädda havererade ribosomer, säger Jamie Cate, biokemist och strukturbiolog vid University of California, Berkeley, som inte var involverad i projektet.

Ingen visste exakt vad som startade den bakteriella räddningsinsatsen, men de förväntade sig att det skulle vara något helt annat än jäst, säger Cate. Istället tyder den nya forskningen på att både bakterier och jäst initierar denna process på samma sätt – genom att tillkalla bladliknande första responders.

"Det coola är att båda molekylerna känner igen ribosomer som har kolliderat med varandra", säger Cate.

I Greens labb i Baltimore identifierade Buskirk och första författaren Kazuki Saito den första respondern i bakterier som en molekyl som heter SmrB och undersökte hur den utförde sitt jobb. Beckmanns struktur "var den sista pusselbiten", säger Buskirk.

Beckmanns grupp tog de första bilderna någonsin av en kollision mellan två bakteriella ribosomer och färgkodade dem sedan så att deras komponenter inte gick förlorade i ett hav av grått. Efter att ha lagt till SmrB till provet som innehåller ribosomerna såg teamet molekylen dyka upp i mitten av kraschen.

Biokemiska experiment avslöjade att SmrB, liksom dess jästmotsvarighet, skär isär de förstörda ribosomerna. Och inte bara delar de två molekylerna en arbetsbeskrivning, bakteriell SmrB och dess jästmotsvarighet är också nära släktingar, fann teamet. Forskare har ännu inte kunnat visualisera hur jästversionen interagerar med ribosomer under en kollision. Så den liknande men enklare SmrB kan ge forskare ett fotfäste för att förstå hur processen fungerar i andra organismer.

"Allt annat med dessa räddningsvägar är väldigt annorlunda," säger Green. "Vi förutsåg inte att vi skulle hitta en aspekt som verkar vara universell."