Уолтер Айзексон – Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества (страница 26)

На следующем этапе предстояло выяснить, можно ли еще больше упростить систему CRISPR. Если да, то она могла бы стать не просто очередным инструментом для редактирования генома, а инструментом, который легче поддавался бы программированию и был бы дешевле существующих методов.

Однажды Йинек пришел из лаборатории в кабинет Даудны. Он проводил эксперименты, чтобы определить минимальные требования к cгРНК, служившей проводником, и tracгРНК, которая привязывала ее к ДНК-мишени. Ученые стояли у белой доски перед столом Даудны, и Йинек рисовал схему строения двух малых РНК. Какие элементы cгРНК и tracгРНК играют ключевую роль при разрезании ДНК в пробирке? “Казалось, что система предполагает некоторую гибкость и длина фрагментов РНК может варьироваться”, – говорит Йинек. Каждую из малых РНК можно было сделать еще немного короче, но оставить при этом рабочей. Даудна прекрасно понимала структуру РНК и, как ребенок, радовалась возможности разобраться в механизмах ее работы. В процессе обсуждения ученым стало понятно, что они могут связать вместе две РНК, присоединив хвост одной из них к голове другой таким образом, чтобы итоговая молекула не потеряла функциональности.

Они хотели создать единую молекулу РНК, которая содержала бы и направляющую информацию с одной стороны, и идентификатор привязки с другой. В итоге получилась так называемая одиночная направляющая РНК (sдРНК). Сделав паузу, ученые переглянулись, а затем Даудна сказала: “Ничего себе”. “Такие моменты в науке приходят сами собой, – вспоминает она. – У меня по спине пробежал холодок и волоски на шее встали дыбом. В тот момент мы поняли, что у проекта, за который мы взялись из чистого любопытства, есть важное следствие, способное все в корне изменить”. И правда, можно представить, как поведение крошечной молекулы заставило волоски на шее у Даудны встать дыбом.

Даудна сказала Йинеку немедленно приступать к работе по соединению двух молекул РНК и созданию одиночной направляющей РНК для Cas9, и он поспешил обратно в лабораторию, чтобы заказать у поставщика необходимые молекулы РНК. Он также обсудил идею с Хылинским, и они быстро подготовили серию экспериментов. Когда они выяснили, какие фрагменты двух РНК можно удалить и как соединить РНК друг с другом, на создание работающей sдРНК ушло всего три недели.

Сразу стало очевидно, что одиночная направляющая РНК сделает CRISPR-Cas9 еще более универсальным, легким в использовании и программируемым инструментом для редактирования генов. Система с единой направляющей имела особенное значение – как с научной точки зрения, так и с позиции интеллектуальной собственности, – поскольку была изобретением человека, а не просто обнаруженным в природе феноменом.

К тому моменту сотрудничество Даудны с Шарпантье принесло два важных прорыва. Первым стало открытие, что tracгРНК играет ключевую роль не только в создании направляющей РНК, но и, что важнее, в удержании их вместе с ферментом Cas9 и привязке всей системы к ДНК-мишени для разрезания. Вторым – изобретение способа соединять две этих РНК в одиночную направляющую РНК. Изучая феномен, на совершенствование которого у бактерий ушли миллиарды лет эволюции, они превратили чудо природы в инструмент для людей.

В день, когда они с Йинеком придумали, как создать одиночную направляющую РНК, Даудна за ужином объяснила идею своему мужу. Поняв, что это может пригодиться для будущего патента на технологию редактирования генома, он посоветовал ей записать все в лабораторный журнал и засвидетельствовать. Тем же вечером Йинек вернулся в лабораторию и сделал подробное описание концепции. Было около девяти часов, но Сэм Стернберг и Рейчел Хорвиц еще не ушли. В нижней части на каждой странице лабораторных журналов отводится место для подписей свидетелей, необходимых при совершении важных открытий, и Йинек попросил Стернберга и Хорвиц расписаться. Поскольку к Стернбергу раньше не обращались с такой просьбой, он сразу понял, что этот вечер войдет в историю[141].

Глава 18. Science, 2012

Когда настала пора писать статью о CRISPR-Cas9, Даудна и ее коллеги снова перешли на круглосуточную совместную работу, как и в период проведения экспериментов. Они разместили рукопись на хостинге Dropbox, где в реальном времени фиксировались все изменения, которые каждый из ученых вносил в файл. Йинек и Даудна работали, пока в Калифорнии был день, а поздно вечером связывались по скайпу с Европой, где только занималась заря, и на следующие двенадцать часов на арену выходили Шарпантье и Хылинский. Поскольку весной в Умео солнце не садится, Шарпантье сказала, что может работать в любое время суток. “Когда не темнеет, много не поспишь, – говорит она, – и особенной усталости в эти месяцы не чувствуешь, поэтому я всегда была в строю”[142].

Восьмого июня 2012 года Даудна нажала на кнопку “Отправить” на своем компьютере и представила рукопись на рассмотрение редакторам журнала Science. В списке авторов было шесть человек: Мартин Йинек, Кшиштоф Хылинский, Инес Фонфара, Майкл Хауэр, Дженнифер Даудна и Эмманюэль Шарпантье. Имена Йинека и Хылинского были отмечены звездочкой, и в примечании указывалось, что они внесли в работу одинаковый вклад. Даудна и Шарпантье были упомянуты последними, поскольку выступали в качестве ведущих исследователей, руководящих лабораториями[143].

В статье на 3500 слов подробно описывалось, как cгРНК и tracгРНК привязывают белок Cas9 к ДНК-мишени. В ней также демонстрировалось, каким образом структура двух доменов Cas9 определяет, как каждый из них разрезает последовательности ДНК в конкретном месте. Наконец, в ней объяснялось, как ученым удалось связать cгРНК и tracгРНК и синтезировать одиночную направляющую РНК. Авторы отмечали, что полученную систему можно использовать для редактирования генома.

Получив статью, редакторы Science обрадовались. Хотя многие аспекты работы CRISPR-Cas9 в живых клетках уже были описаны ранее, исследователям впервые удалось выделить отдельные компоненты системы и изучить их биохимические механизмы. Кроме того, в статье предлагалось потенциально полезное изобретение: одиночная направляющая РНК.

По настоянию Даудны редакторы ускорили процесс рецензирования. Даудна знала, что готово еще несколько статей о CRISPR-Cas9, в том числе работа одного литовского исследователя (подробнее о нем чуть позже), и хотела убедиться, что результаты, полученные ее командой, появятся в печати первыми. Редакторы Science тоже вели конкурентную борьбу: им вовсе не хотелось, чтобы их обошел соперничающий журнал. Они попытались привлечь к рецензированию пионера CRISPR Эрика Сонтхаймера и дали ему на работу всего два дня, обозначив необычайно сжатые сроки. Он отказался, поскольку был занят собственным исследованием в этой же сфере, но редакторы журнала быстро нашли других рецензентов.

В комментариях к статье авторов лишь попросили прояснить несколько моментов. Был один важный вопрос, которого ученые не коснулись в своей работе. В ходе экспериментов рассматривалась система CRISPR-Cas9 распространенной бактерии Streptococcus pyogenes, вызывающей стрептококковый фарингит. Как и все бактерии, это одноклеточный организм, не имеющий ядра. В статье, однако, говорилось, что система CRISPR-Cas9 может использоваться для редактирования генома человека. Шарпантье полагала, что в связи с этим возникнут вопросы. “Я ожидала, что рецензенты поинтересуются, доказано ли, что она способна работать в человеческих клетках, – вспоминает она. – Но этого вопроса не возникло, хотя в заключении я написала, что она может стать альтернативой для существующих методов редактирования генома”[144].

Редакторы Science одобрили правки и официально приняли статью к публикации в среду, 20 июня 2012 года, как раз когда в Беркли собирались участники ежегодной конференции по CRISPR. Шарпантье из Умео и Хылинский из Вены прилетели на несколько дней раньше, чтобы вместе с остальными в последний раз пройтись по тексту и внести в него коррективы. “Кшиштоф страдал от джетлага, – вспоминает Шарпантье, – но со мной такого не было, потому что я жила в Умео, где никогда не темнело, и не придерживалась строгого режима сна”[145].

Собравшись в кабинете Даудны на седьмом этаже, ученые смотрели на экране ее компьютера, как итоговые PDF-файлы и графики загружаются в онлайн-систему журнала. “Мы вчетвером сидели в кабинете и наблюдали за индикаторами загрузки, – рассказывает Йинек, – и взорвались ликованием, когда последний достиг ста процентов”.

Когда последний вариант статьи был загружен, Даудна и Шарпантье уединились в кабинете Даудны. Прошло всего четырнадцать месяцев с момента их знакомства в Пуэрто-Рико. Пока Шарпантье любовалась солнцем, которое клонилось к горизонту над заливом Сан-Франциско, Даудна говорила, какое удовольствие доставила ей совместная работа. “Момент, когда мы наконец смогли вместе порадоваться открытию и поделиться личным, был чудесен, – вспоминает Даудна. – Мы получили возможность перевести дух и обсудить, как усердно мы работали вместе, пока нас разделяли тысячи миль”.

Когда разговор зашел о будущем, Шарпантье отметила, что хотела бы снова сосредоточиться на фундаментальной науке и изучении микробов, а не создавать инструменты для редактирования генома, и призналась, что готова в очередной раз сменить лабораторию и, возможно, перебраться в Институт Макса Планка в Берлине. Даудна полушутя спросила ее, собирается ли она когда-нибудь обосноваться в одном месте, выйти замуж, завести детей. “Она ответила, что не хочет этого, – говорит Даудна. – Сказала, что любит быть одна, дорожит личным временем и не ищет близких отношений”.