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

репарации, другой. Геном восстанавливается одним из двух способов. Первый называется “негомологичным соединением концов”. (Термин “гомологичный” происходит от греческого слова, означающего “подобие”.) В таких случаях репарация ДНК идет путем простого соединения концов, без попытки найти соответствующие друг другу последовательности. При таком неаккуратном соединении могут происходить нежелательные вставки и делеции генетического материала. Более точная “гомологичная репарация” становится возможной, когда разорванная ДНК находит поблизости подходящий образец для замены. Обычно клетка копирует и вставляет имеющуюся гомологичную последовательность туда, где были сделаны двухцепочечные разрезы.

Изобретение редактирования генома происходило в два этапа. Сначала ученым нужно было найти подходящий фермент, способный делать двухцепочечные разрезы в ДНК. Затем им необходимо было найти направляющую, которая проведет фермент к тому самому месту в ДНК клетки, где требуется сделать разрыв.

Ферменты, способные разрезать ДНК и РНК, называются нуклеазами. Чтобы создать систему редактирования генома, исследователям нужна была такая нуклеаза, которую можно было бы запрограммировать на разрезание любой выбранной последовательности. К 2000 году они нашли необходимый инструмент. Фермент FokI, обнаруживаемый в некоторых бактериях в почве и водоемах, имеет два домена: один служит ножницами, разрезающими ДНК, а другой выступает в качестве гида, чтобы указывать верное направление. Эти домены можно разделить, и первый можно перепрограммировать на движение к любой намеченной учеными цели[156].

Исследователи сумели разработать белки, способные выступать в качестве направляющих и доставлять режущий домен к ДНК-мишени. Одна система, цинк-пальцевые нуклеазы (ZFN), появилась в результате объединения режущего домена с белком, имеющим маленькие пальцы, формирующиеся в присутствии иона цинка и позволяющие ему цепляться за нужную ДНК-последовательность. Похожая, но еще более надежная система TALEN (нуклеаза на основе эффектора, подобного активатору транскрипции) была создана при объединении режущего домена с белком, который направляет ее к более длинным ДНК-последовательностям.

Пока совершенствовалась система TALEN, появилась система CRISPR. Она была в некотором роде похожа на нее: в ее составе был режущий фермент Cas9 и гид, направляющий этот фермент к выбранному месту на нити ДНК. Но в системе CRISPR роль гида играл не белок, а фрагмент РНК. Это давало большое преимущество. В системах ZFN и TALEN нужно было создавать новую белковую направляющую всякий раз, когда менялась целевая генетическая последовательность, а это было сложно и занимало много времени. Но с CRISPR достаточно было поиграть с генетической последовательностью гидовой РНК. Хороший студент быстро справлялся с этим в лаборатории.

Оставался один вопрос, который казался либо крайне принципиальным, либо совсем пустячным – в зависимости от вашей позиции в последующих патентных войнах. Системы CRISPR работали в бактериях и археях, то есть в одноклеточных организмах, не имеющих ядер. Отсюда вопрос: могли ли они работать в клетках, имеющих ядра, и особенно в таких многоклеточных организмах, как растения, животные и мы с вами?

В результате статья Даудны и Шарпантье, опубликованная в июне 2012 года, подтолкнула многие лаборатории по всему миру, включая и лабораторию Даудны, вступить в бешеную гонку за право доказать, что CRISPR-Cas9 работает в клетках человека. Примерно через полгода триумфом увенчались труды пяти лабораторий. Этот относительно быстрый успех может служить доказательством, что для обеспечения работы CRISPR-Cas9 в клетках человека, как позже заявили Даудна с коллегами, достаточно было совершить простой и очевидный шаг, который нельзя считать отдельным изобретением. Или же можно сказать, как утверждали соперники Даудны, что этот важный шаг был сделан в результате изобретения, появившегося в пылу конкурентной борьбы.

Ответ на этот вопрос определял судьбу патентов и премий.

Глава 21. Гонка

Конкуренция стимулирует открытия. Даудна называет ее “огнем, который питает двигатель”, и ее двигатель, несомненно, работал именно на этом топливе. С самого детства она нисколько не стеснялась своих амбиций, но уравновешивала их умением работать в команде и идти к намеченной цели. О том, насколько важна конкуренция, она узнала из книги “Двойная спираль”, в которой рассказывается, как мнимые продвижения Лайнуса Полинга стали стимулом для Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика. “Здоровое соперничество, – написала она впоследствии, – лежало в основе множества величайших открытий человечества”[157].

Мотивацией для ученых главным образом служит радость понимания природы, но большинство исследователей признает, что ими также движет желание получать награды – как духовные, так и материальные – за свои открытия: публиковать статьи, регистрировать патенты, получать премии и производить впечатление на коллег. Как и любой человек (может, эта черта появилась у нас в процессе эволюции?), они хотят, чтобы их заслуги признавались, а труды вознаграждались. Им хочется получать одобрение общественности и вешать медали себе на грудь. Именно поэтому они работают допоздна, нанимают специалистов по связям с общественностью и патентных поверенных и даже приглашают писателей (таких как я) к себе в лаборатории.

Конкуренция имеет дурную славу[158]. Утверждается, что конкуренция препятствует сотрудничеству, сдерживает обмен данными и подталкивает людей к тому, чтобы защищать свою интеллектуальную собственность, вместо того чтобы открывать к ней свободный доступ. И все же конкуренция имеет огромные преимущества. Если благодаря ей будет быстрее найден способ лечить мышечную дистрофию, предотвращать СПИД и выявлять рак, то количество преждевременных смертей снизится. Можно привести пример, особенно актуальный сегодня: в 1894 году японский бактериолог Китасато Сибасабуро и его швейцарский соперник Александр Йерсен приехали в Гонконг в разгар эпидемии легочной чумы и, применяя различные методы, с разницей в несколько дней обнаружили бактерию, выступающую возбудителем болезни.

Фэн Чжан

Джордж Черч

Дженнифер Даудна

В жизни Даудны был один эпизод, когда конкуренция обострилась до предела, а затем привела к враждебности: это произошло в 2012 году, когда ученые стремились как можно скорее показать, как система CRISPR может редактировать геном человека. Возможно, по накалу эта борьба не дотягивает до схватки Чарльза Дарвина и Альфреда Рассела Уоллеса, которые одновременно пришли к идее об эволюции, или спора Ньютона и Лейбница о том, кто заложил основы математического анализа, но она точно сравнима с соперничеством Полинга с Уотсоном и Криком за право первым описать структуру ДНК.

Даудна вступила в борьбу, находясь в невыгодном положении, поскольку у нее не было команды экспертов по работе с клетками человека. Ее лаборатория не специализировалась на таких экспериментах, и трудились там в основном биохимики, изучавшие молекулы в пробирках. В результате бешеная гонка, растянувшаяся на целых полгода, оказалась для Даудны весьма непростой.

В соревновании приняли участие множество лабораторий со всего света, но главные роли в драме – не только научной, но