Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества - Уолтер Айзексон

рос и расширялся, только что получив новое название. Даудна приехала туда в качестве приглашенного преподавателя, и уже в первый день декан вручил ей письмо с официальным предложением занять постоянную должность. Пока Кейт работал в MIT, вариант казался идеальным. “Я радовалась возможности вернуться в Бостон, ведь мне было там очень хорошо, пока я училась в магистратуре”, – говорит Даудна.

Любопытно представить, как развивалась бы ее карьера, если бы она осталась в Гарварде. Наряду с MIT и совместно управляемым Институтом Брода Гарвард был котлом биотехнологических исследований, особенно в сфере генной инженерии. Десять лет спустя, вступив в конкурентную борьбу за превращение CRISPR в инструмент для редактирования генома, Даудна обнаружила в числе своих соперников разных кембриджских исследователей, включая Джорджа Черча из Гарварда и ученых, которые стали ее главными противниками, Фэна Чжана и Эрика Лэндера из Института Брода.

Но затем ей позвонили из Калифорнийского университета в Беркли. Сначала Даудна хотела ответить отказом на любое предложение, но, когда она сообщила об этом Кейту, тот сильно удивился. “Перезвони им, – сказал он. – Беркли – хорошее место”. Работая постдоком в Санта-Крузе, он часто посещал функционирующую при университете Национальную лабораторию имени Лоуренса, где проводил эксперименты на циклотроне, ускорителе частиц.

Когда они посетили кампус университета, Даудна не почувствовала желания туда переезжать. Кейт, однако, загорелся этой мыслью. “Я скорее западный человек, – говорит он. – Кембридж казался мне слишком чопорным. Мой директор в то время не появлялся на работе без галстука-бабочки. Мне больше хотелось оказаться в Беркли, где чувствовалась энергия”. Даудне понравилось, что Беркли имеет статус публичного университета, и убедить ее оказалось несложно. К лету 2002 года они переехали.

Они выбрали Беркли, отдав должное американской системе государственного финансирования образования. Она восходит ко временам Авраама Линкольна, который в разгар Гражданской войны посчитал государственное образование достаточно важным, чтобы в 1862 году провести закон Моррилла, позволявший использовать средства от продаж федеральных земель на организацию новых сельскохозяйственных и технических колледжей.

В их число вошел Колледж сельскохозяйственных, горных и механических ремесел, основанный в 1866 году неподалеку от Окленда в Калифорнии. Два года спустя он объединился с соседним частным Калифорнийским колледжем, стал Калифорнийским университетом в Беркли и вырос до одного из лучших в мире образовательных и исследовательских институтов. В 1980-х годах Беркли более чем наполовину финансировался штатом. Но впоследствии финансирование Беркли, как и большинства других публичных университетов, было урезано. Когда Даудна поступила на работу, штат обеспечивал лишь 30 % бюджета Беркли. В 2018 году объем финансирования снова сократили, и оно составило всего 14 %. В результате плата за обучение в бакалавриате Беркли в 2020 году составила 14 250 долларов в год, что более чем в три раза выше, чем в 2000 году. С учетом проживания, питания и других расходов на учебу приходится ежегодно тратить примерно 36 264 доллара. Для студентов из других штатов общие затраты составляют около 66 тысяч долларов в год.

РНК-интерференция

Изучение структуры РНК привело Даудну в сферу, которая приобрела неожиданно большую значимость на более поздних этапах ее карьеры: изучение вирусов. В частности, ее интересовало, как РНК некоторых вирусов, например коронавирусов, позволяет им захватывать контроль над механизмами клеток, отвечающими за производство белка. В первый семестр Даудны в Беркли, осенью 2002 года, в Китае возникла вспышка вируса, вызывавшего тяжелый острый респираторный синдром, ТОРС (SARS). Многие вирусы состоят из ДНК, но SARS был коронавирусом и содержал РНК. Вспышка вируса закончилась через полтора года, но за это время вирус успел убить по всему миру почти восемьсот человек. Официально он назывался SARS-CoV. В 2020 году ему присвоили новое имя – SARS-CoV-1.

Даудна также заинтересовалась феноменом, называемым РНК-интерференцией. В обычных условиях гены, закодированные ДНК в клетках, отправляют матричную РНК руководить процессом построения белка. При РНК-интерференции малые молекулы находят способ оказывать влияние на матричные РНК.

РНК-интерференция была открыта в 1990-х годах, и отчасти заслуга принадлежит исследователям, которые пытались сделать пурпурные петунии более яркими, повысив экспрессию гена окраски цветка. Но в результате эксперимента экспрессия некоторых генов, напротив, оказалась снижена, и появились крапчатые и пятнистые петунии. Крейг Мелло и Эндрю Файер предложили термин “РНК-интерференция” в опубликованной в 1998 году статье и впоследствии получили Нобелевскую премию, изучив, как этот феномен работает у крошечных круглых червей[54].

РНК-интерференция происходит при посредстве фермента Dicer. Он делит длинный фрагмент РНК на короткие части. Эти маленькие фрагменты выполняют миссию “найти и уничтожить”: они обнаруживают молекулу матричной РНК с совпадающими буквами, а затем применяют подобный ножницам фермент, чтобы ее разбить. В итоге генетическая информация, переносимая в этой матричной РНК, оказывается подавленной.

Даудна поставила перед собой задачу изучить молекулярную структуру фермента Dicer. Как и ранее при работе с самосплайсирующимися РНК-интронами, она применяла рентгеновскую кристаллографию, чтобы исследовать все особенности молекулы, и надеялась, что таким образом сумеет понять, как именно она работает. До тех пор исследователи не знали, как Dicer разрезает РНК ровно на такие буквенные последовательности, которые необходимы для подавления экспрессии конкретного гена. Изучая структуру фермента Dicer, Даудна продемонстрировала, что он работает на манер линейки, на одном конце которой находится зажим для захвата длинного фрагмента РНК, а на другом – нож, отрезающий сегменты нужной длины.

Далее Даудна и ее команда показали, как заменять определенный домен фермента Dicer, чтобы создавать инструменты для подавления экспрессии других генов. “Пожалуй, самым удивительным открытием в этом исследовании стало то, что Dicer можно перестраивать”, – отметили ученые в статье, опубликованной в 2004 году[55]. Это было очень полезное открытие. Оно позволяло исследователям использовать РНК-интерференцию для отключения широкого диапазона генов, чтобы узнавать, за что ответственен каждый из них, а также регулировать его активность в медицинских целях.

В эпоху коронавирусов РНК-интерференция может играть и еще одну роль. С момента зарождения жизни на нашей планете некоторые организмы (но не человек) в ходе эволюции научились использовать РНК-интерференцию для борьбы с вирусами[56]. В опубликованной в 2013 году научной статье Даудна написала, что ученые хотят найти способ использовать РНК-интерференцию для защиты людей от инфекций[57]. В двух статьях, вышедших в том году в журнале Science, содержались веские свидетельства в пользу такого ее применения. Тогда высказывалась надежда, что настанет день, когда препараты на основе РНК-интерференции смогут лечить тяжелые вирусные инфекции, в том числе вызываемые новыми коронавирусами[58].

Статья Даудны об РНК-интерференции вышла в журнале Science в январе 2006 года. Через несколько месяцев в статье, опубликованной в не столь популярном журнале, были описаны различные