Уолтер Айзексон – Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества (страница 15)

Мохика недолго проработал на позиции постдока в Солт-Лейк-Сити, а затем в Оксфорде, но после этого в 1997 году вернулся в Университет Аликанте, расположенный совсем недалеко от места его рождения, и организовал исследовательскую группу для изучения загадочных повторяющихся последовательностей. Обеспечить финансирование проекта оказалось непросто. “Мне говорили, что не стоит зацикливаться на повторах, потому что в организмах наблюдается множество подобных феноменов и в моем, вероятно, нет ничего особенного”, – вспоминает Мохика.

И все-таки он знал, что у бактерий и архей очень мало генетического материала. Они не могут позволить себе расходовать его на создание последовательностей, не имеющих важной функции. Он пытался определить назначение сгруппированных повторов. Возможно, они помогали формировать структуру ДНК или создавали петли, за которые цеплялись белки? Обе гипотезы также оказались неверными.

К тому времени ученые обнаружили повторяющиеся последовательности у двадцати разных видов бактерий и архей, и появилось множество разных названий для их обозначения. Мохике не нравился термин “тандемные повторы”, на котором настоял его научный руководитель. Последовательности располагались с интервалами, а не стояли в тандеме. Он предложил другое название – “короткие повторы, регулярно разделенные промежутками” (short regularly spaced repeats, SRSR). Хотя оно лучше описывало феномен, название не запоминалось, а его аббревиатура была непроизносимой.

Мохика переписывался с Рудом Янсеном из Утрехтского университета в Нидерландах. Янсен изучал такие последовательности в бактериях туберкулеза и называл их “прямыми повторами”, но тоже считал, что нужно придумать им более удачное наименование. Однажды вечером, когда Мохика ехал домой из лаборатории, ему в голову пришло название CRISPR, от clustered regularly interspaced short palindromic repeats (“короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами”). Хотя запомнить длинную и неуклюжую фразу было практически невозможно, аббревиатура CRISPR оказалась короткой и звучной. Она звучала приятно, а не грозно, и выглядела достаточно футуристично. Приехав домой, Мохика спросил жену, как ей такое название. “Хорошая кличка для собаки, – ответила она. – Криспер, Криспер, ко мне, малыш!” Мохика рассмеялся и решил, что название подойдет.

Двадцать первого ноября 2001 года Янсен похвалил название, отвечая на письмо с предложением, пришедшее от Мохики. “Дорогой Фрэнсис, – написал он, – какая прекрасная аббревиатура – CRISPR! Такое впечатление, что недостаток букв в альтернативных вариантах делает их менее звучными, поэтому я выбираю колкое CRISPR вместо SRSR и SPIDR”[63].

Янсен официально ввел название в обиход в статье, опубликованной в апреле 2002 года, где сообщил об открытии генов, предположительно связанных с CRISPR. В большинстве организмов, имеющих CRISPR, повторяющиеся последовательности фланкируются одним из этих генов, кодирующих инструкции для создания фермента. Янсен назвал их ферментами Cas (от CRISPR-associated, “CRISPR-ассоциированный”)[64].

Когда в 1989 году Мохика начал секвенировать ДНК микробов, которые обожали соль, процесс секвенирования гена был весьма медленным. Но впоследствии в рамках проекта “Геном человека”, который тогда лишь начинал свою работу, были созданы новые высокоскоростные методы секвенирования. К 2003 году, когда Мохика сосредоточился на том, чтобы выяснить, какую роль играли CRISPR, были секвенированы геномы почти двухсот бактерий (а также геномы человека и мыши).

В том августе Мохика проводил отпуск в прибрежном городке Санта-Пола, расположенном примерно в двадцати километрах к югу от Аликанте, в гостях у родителей жены. Такой отдых был ему не по душе. “Я терпеть не могу песок и ненавижу бывать на пляже летом, когда там жарко и полно народу, – говорит он. – Пока моя жена загорала на пляже, я ездил в свою лабораторию в Аликанте. Жена прекрасно проводила время на пляже, а мне было гораздо интереснее анализировать последовательности из бактерий E. coli”[65]. Настоящего ученого видно за версту.

Ему не давали покоя “спейсеры” – области обычных на вид последовательностей ДНК, которые разделяли повторяющиеся сегменты CRISPR. Он взял спейсеры E. coli и сравнил их с имеющимися в базах данными. Открылась любопытная вещь: спейсеры совпадали с последовательностями, которые обнаруживались в вирусах, атакующих E. coli. Мохика увидел такую же картину, когда посмотрел на другие бактерии с последовательностями CRISPR: их спейсеры совпадали с последовательностями из вирусов, атакующих эти бактерии. “Вот это да!” – воскликнул он.

Однажды вечером, удостоверившись в своем открытии, он рассказал о нем жене, когда вернулся в дом у моря. “Я только что открыл кое-что удивительное, – сказал он. – У бактерий есть иммунная система. Они запоминают, какие вирусы атаковали их в прошлом”. Его жена рассмеялась, призналась, что не совсем понимает, о чем он говорит, но заверила его, что нисколько не сомневается в важности его открытия, раз Мохика так взволнован. “Вот увидишь, через несколько лет о том, что я только что открыл, будут писать в газетах и учебниках истории”, – ответил он. Но в это она не поверила.

Оказалось, что Мохика обнаружил поле битвы самой долгой, самой масштабной и самой жестокой войны на этой планете: войны бактерий и атакующих их вирусов, называемых “бактериофагами” или просто “фагами”. Фаги – самая многочисленная группа вирусов в природе и самая многочисленная биологическая общность на земле. Их количество составляет 10³¹ – их больше, чем всех остальных организмов (включая бактерии), вместе взятых, и на каждую песчинку приходится по триллиону фагов. В одном миллилитре морской воды может содержаться до 900 млн таких вирусов[66].

Нам, людям, нелегко бороться с новыми штаммами вирусов, и стоит отметить, что бактерии занимаются этим около трех миллиардов лет (плюс-минус несколько миллионов столетий). Почти с самого зарождения жизни на нашей планете идет активная гонка вооружений между бактериями, у которых в ходе эволюции появились сложные механизмы защиты от вирусов, и эволюционирующими вирусами, ищущими способы прорвать их оборону.

Мохика обнаружил, что бактерии со спейсерами CRISPR обладают иммунитетом к инфекции, которая переносится вирусом с такими же последовательностями. Но бактерии без спейсеров оказываются инфицированными. Такая хитроумная система защиты имела и еще одну любопытную характеристику: судя по всему, она адаптировалась к новым угрозам. Когда появлялся новый вирус, выживавшие в борьбе с ним бактерии интегрировали в свой геном часть его ДНК и таким образом передавали своему потомству приобретенный иммунитет к этому вирусу. Мохика вспоминает, как прослезился, осознав это[67]. Природа и правда бывает удивительно прекрасна.

Это было оригинальное и поразительное открытие, которое привело к серьезным последствиям. Но опубликовать его Мохике оказалось на удивление непросто. В октябре 2003 года он отправил статью с названием “Прокариотические повторы задействованы в иммунной системе” в журнал Nature, фактически показывая, что системы CRISPR позволяли бактериям приобретать иммунитет к вирусам. Редакторы даже не представили статью на рецензию. Они сочли – и оказались в этом неправы, – что в ней не содержится ничего существенно нового относительно ранее опубликованных работ о CRISPR. Они также отметили – уже вполне справедливо, – что Мохика не представил данных лабораторных экспериментов, демонстрирующих принцип работы системы CRISPR.

Статью Мохики отклонили еще два журнала. Наконец, он смог опубликовать ее в Journal of Molecular Evolution, который был не столь престижным, но все же позволил ему представить свои результаты в рецензируемом издании. Но даже при взаимодействии с этим журналом Мохике пришлось снова и снова напоминать о себе нерасторопным редакторам. “Я пытался связаться с редакторами почти еженедельно, – говорит он. – И каждая неделя была для меня настоящим кошмаром, ведь я понимал, что мы сделали поистине великое открытие. Я не сомневался, что рано или поздно его сделают и другие ученые. Но у меня никак не получалось донести до [редакторов] его значимость”[68]. Журнал получил статью в феврале 2004 года, вынес решение о ее публикации лишь в октябре, и поэтому вышла она лишь в феврале 2005 года, через два года после того, как Мохика совершил свое открытие[69].

Мохика говорит, что им руководила любовь к красотам природы. В лаборатории в Аликанте он мог позволить себе заниматься фундаментальными исследованиями, не думая о том, как конвертировать их в нечто полезное на практике, и потому он даже не пытался запатентовать свои открытия, связанные с CRISPR. “Когда изучаешь, как я, странные организмы, живущие в необычных средах, например в очень соленых озерах, тобой движет лишь любопытство, – говорит он. – Казалось, что наше открытие вряд ли имеет связь с более типичными организмами. Но в этом мы ошибались”.

Как показывает история науки, открытия порой находят необычное применение. “Когда занимаешься исследованиями из любопытства, никогда не знаешь, к чему они однажды приведут, – отмечает Мохика. – Простые вещи могут иметь масштабные последствия”. Он оказался прав, когда заверил жену, что однажды его имя войдет в учебники истории.