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

его. Применив диффузию из паровой фазы, он сумел его кристаллизовать. Но затем он зашел в тупик, пытаясь определить его точную кристаллическую структуру, поскольку его опыт в рентгеновской кристаллографии оказался недостаточным.

Даудна поручила Йинеку, который только что опубликовал написанную в соавторстве с ней статью об РНК-интерференции[86], помочь Виденхефту с кристаллографией. Исследователи вместе отправились в соседнюю Национальную лабораторию имени Лоуренса в Беркли, где, работая на ускорителе частиц, Йинек помог Виденхефту проанализировать данные и построить атомную модель белка Cas1. “В процессе я заразился энтузиазмом Блейка, – вспоминает он. – После этого я решил и дальше заниматься CRISPR в лаборатории у Дженнифер”[87].

Они обнаружили, что Cas1 имеет характерную складку, которая, очевидно, и была механизмом, использовавшимся бактерией для захвата фрагмента ДНК атакующих вирусов и внедрения его в свой набор CRISPR, а следовательно, представляла собой ключ к этапу формирования памяти иммунной системы. В июне 2009 года они описали свое открытие в статье, которая стала первым вкладом лаборатории Даудны в изучение CRISPR. В ней ученые впервые объяснили механизм CRISPR на основе структурного анализа одного из его компонентов[88].

Родольф Баррангу

Филипп Хорват

Глава 12. Производители йогуртов

Фундаментальные исследования и линейная модель инноваций

Историки науки и технологий, включая и меня, часто пишут о так называемой линейной модели инновационного процесса. Ее насаждал Вэнивар Буш, декан инженерного факультета Массачусетского технологического института, один из основателей компании Raytheon, во время Второй мировой войны руководивший Национальным исследовательским комитетом США по вопросам обороны, который курировал изобретение радара и создание атомной бомбы. В подготовленном в 1945 году докладе “Наука – безграничное познание” Буш утверждал, что фундаментальные исследования, проводимые из любопытства, становятся первыми шагами к новым технологиям, к инновациям. “Новые продукты и новые процессы не появляются зрелыми, – написал он. – Они основываются на новых принципах и новых концепциях, которые, в свою очередь, разрабатываются в процессе изысканий в сфере чистейшей науки. Фундаментальные исследования задают темп техническому прогрессу”[89]. Ознакомившись с этим докладом, президент Гарри Трумэн основал Национальный научный фонд, правительственное агентство, предоставляющее финансирование для проведения фундаментальных исследований – главным образом в университетах.

В линейной модели инновационного процесса есть рациональное зерно. Фундаментальные исследования квантовой теории и физики поверхностных состояний полупроводниковых материалов привели к созданию транзистора. Но все было не так просто и не так линейно. Транзистор разработали в Лабораториях Белла, исследовательском подразделении Американской телефонной и телеграфной компании (AT&T). Там трудились многие теоретики фундаментальной науки, включая Уильяма Шокли и Джона Бардина. Туда заглядывал даже Альберт Эйнштейн. Но рядом с ними работали инженеры-практики и монтажники, которые знали, как усилить телефонный сигнал. Кроме того, свой вклад вносили и специалисты по развитию бизнеса, которые пробивали дорогу для внедрения междугородной телефонной связи. Три перечисленных группы информировали и мотивировали друг друга.

История CRISPR, на первый взгляд, развивалась по линейной модели. Специалисты по фундаментальной науке, например Франсиско Мохика, из чистого любопытства решили изучить замеченную в природе странность, и это подготовило почву для появления таких прикладных технологий, как редактирование генома и создание инструментов для борьбы с коронавирусами. Однако, как и история создания транзисторов, этот процесс не был в полной мере линейным и однонаправленным. Скорее он представлял собой циклический танец, в котором участвовали ученые-теоретики, изобретатели-практики и руководители бизнеса.

Наука может рождать инновации. Однако, как отмечает Мэтт Ридли в книге “Как работают инновации”, иногда теория и практика оказывают взаимное влияние друг на друга. “Столь же часто инновации рождают науку: создаются полезные техники и процессы, но понимание принципов их работы приходит позже, – пишет он. – Паровые машины подтолкнули развитие термодинамики, а не наоборот. Моторизированный полет опередил почти всю аэродинамику”[90].

Яркая история CRISPR служит еще одним прекрасным примером симбиоза фундаментальной и прикладной науки. И в ней фигурирует йогурт.

Баррангу и Хорват

Пока Даудна с командой приступали к работе над CRISPR, двое молодых специалистов по продуктам питания на разных континентах изучали CRISPR с целью усовершенствовать технологии производства йогурта и сыра. Родольф Баррангу в Северной Каролине и Филипп Хорват во Франции работали в компании Danisco, датском производителе продовольственного сырья, который специализируется на заквасочных культурах, запускающих и контролирующих ферментацию молочных продуктов.

Заквасочные культуры для йогурта и сыра делаются из бактерий, и главную угрозу для 40-миллиардного мирового рынка представляют вирусы, способные уничтожать бактерии. Компания Danisco готова была вкладывать немалые деньги в исследования, чтобы выяснить, как бактерии защищаются от этих вирусов. Она располагала ценным активом: базой данных последовательностей ДНК всех бактерий, которые использовала за время своего существования. Именно так Баррангу и Хорват, которые впервые услышали о проводимом Мохикой исследовании CRISPR на конференции, стали одним из звеньев во взаимодействии фундаментальной науки и бизнеса.

Баррангу родился в Париже, и еда его, как истинного парижанина, интересовала всегда. Он также любил науку, поэтому в колледже решил совместить свои увлечения. Он стал единственным из знакомых мне людей, который переехал из Франции в Северную Каролину, чтобы узнать больше о пище. Он поступил в Университет штата Северная Каролина в Роли и получил степень магистра, защитив диплом о ферментации соленых огурцов и квашеной капусты. Он получил докторскую степень в том же университете, женился на специалисте по науке о продуктах питания, с которой познакомился во время учебы, и переехал с ней в Мэдисон (Висконсин), где она устроилась на работу в мясную компанию Oscar Mayer. Там же, в Мэдисоне, находится и подразделение Danisco, производящее сотни мегатонн бактериальных культур для ферментированных молочных продуктов, включая йогурт. В 2005 году Баррангу занял там должность руководителя исследовательского отдела[91].

За много лет до этого он подружился с другим французским специалистом по науке о продуктах питания Филиппом Хорватом, который работал исследователем в лаборатории Danisco в городе Данже-Сен-Ромен в Центральной Франции. Хорват создавал инструменты для выявления вирусов, которые атакуют разные штаммы бактерий, и приятели стали сотрудничать друг с другом через океан, изучая CRISPR.

Каждый день они по два-три раза созванивались и обсуждали на французском свои планы. Они решили применить вычислительную биологию для анализа последовательностей CRISPR, обнаруживаемых в бактериях из обширной базы Danisco, и начали с бактерии Streptococcus thermophilus, рабочей лошадки в индустрии молочных культур. Они сравнили CRISPR-последовательности этой бактерии с ДНК вирусов, атаковавших ее. Прелесть исторического собрания Danisco заключалась в том, что в нем присутствовали штаммы бактерий, использовавшиеся каждый год с начала 1980-х, поэтому