Уолтер Айзексон – Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества (страница 33)

Еще до начала экспериментов Чжан подал в Институт Брода “Конфиденциальный меморандум об изобретении” от 13 февраля 2011 года. “Ключевая концепция этого изобретения основана на системе CRISPR, обнаруживаемой во многих микроорганизмах”, – говорилось в нем. Далее пояснялось, что такая система использует фрагменты РНК, чтобы направлять фермент к заранее определенным мишеням и разрезать ДНК в нужных местах. Если обеспечить работу этой системы в человеческом организме, отмечал Чжан, она станет гораздо более универсальным, чем ZFN и TALEN, инструментом для редактирования генома. В заключении его меморандума, который никогда не был обнародован, отмечалось, что “изобретение может быть полезным для модификации генома микробов, клеток, растений и животных”[172].

Несмотря на название, само изобретение в меморандуме Чжана не описывалось. Он только начал разрабатывать план исследования и пока не провел ни одного эксперимента и не предложил ни одной техники, чтобы воплотить свой замысел на практике. Меморандум был просто способом заявить о себе – ученые иногда заполняют подобные бумаги на случай, если им повезет изобрести что-нибудь и понадобятся доказательства (как в этот раз), что они разрабатывали идею на протяжении долгого времени.

Судя по всему, Чжан с самого начала почувствовал, что борьба за право первым превратить CRISPR в инструмент для редактирования генома человека будет очень конкурентной. Он держал свои планы в тайне. Он никому не показывал меморандум об изобретении и не упомянул о CRISPR в видео, в котором в конце 2011 года перечислил свои текущие исследовательские проекты. Тем не менее он начал документировать все эксперименты и открытия в журнале, проставляя даты и подписи свидетелей.

Чжан и Даудна разными путями пришли на арену соревнования по превращению системы CRISPR в инструмент для редактирования генома человека. Чжан никогда не работал над CRISPR. Позже люди в этой сфере называли его опоздавшим, который вскочил в последний вагон и взялся за CRISPR, когда другие уже проложили дорогу. Специальностью Чжана было редактирование генома, и для него системы CRISPR стали еще одним методом достижения той же самой цели – таким же, как ZFN и TALEN, только гораздо лучше. В свою очередь, ни Даудна, ни исследователи из ее команды никогда не занимались редактированием генома в живых клетках. Пять лет их внимание было направлено на выделение компонентов CRISPR. В результате Чжану было сложно определить, из каких молекул состоит система CRISPR-Cas9, а Даудне оказалось непросто понять, как поместить систему в ядро человеческой клетки.

К началу 2012 года – до того, как Даудна и Шарпантье в июне опубликовали в интернете свою статью для Science и показали, из каких трех компонентов состоит система CRISPR-Cas9, – у Чжана не наблюдалось задокументированных успехов. Вместе с коллегами из Института Брода он подал заявку на финансирование экспериментов по редактированию генома. “Мы сконструируем систему CRISPR, чтобы направлять ферменты Cas ко множественным определенным целям в геноме млекопитающих”, – написал Чжан в заявке. Он, однако, не утверждал, что успел совершить какой-либо важный шаг к этой цели. В заявке на грант даже было указано, что работа над клетками млекопитающих начнется лишь через несколько месяцев[173].

Кроме того, Чжану только предстояло выяснить, какую роль играет в системе противная tracгРНК. Как мы помним, в статье Шарпантье 2011 года и работе Шикшниса 2012 года описывалось участие этой молекулы в создании направляющей РНК, или cгРНК, которая направляет фермент к тому месту ДНК, где нужно произвести разрез. Но в статье 2012 года Даудна и Шарпантье среди прочего указали, что tracгРНК играет и другую важную роль: она остается в системе, чтобы производить разрез ДНК-мишени. В заявке Чжана на грант отмечалось, что он этого пока не открыл; там говорилось только об “элементе tracгРНК, обеспечивающем обработку направляющих РНК”. На одной из иллюстраций было изображено, что в комплекс входит только cгРНК, без tracгРНК, а разрез совершает Cas9. Это может показаться мелочью. Но именно из-за таких маленьких открытий (или их отсутствия) ведутся битвы за признание заслуг[174].

Если бы все сложилось иначе, история о сотрудничестве Фэна Чжана и Лучано Марраффини могла бы стать не менее вдохновляющей, чем рассказ о взаимодействии Даудны и Шарпантье. Биография Чжана была замечательной и сама по себе: усердный и амбициозный китайский иммигрант, настоящий вундеркинд, который вырос в Айове и благодаря своей безграничной любознательности стал звездой в Стэнфорде, Гарварде и MIT. Но в сочетании с биографией Марраффини, аргентинского иммигранта, который в начале 2012 года сотрудничал с Чжаном, она стала бы еще прекраснее.

Марраффини с удовольствием занимался исследованием бактерий и, учась в аспирантуре Чикагского университета, заинтересовался недавно открытым феноменом CRISPR. Поскольку его жена работала переводчиком в судебной системе Чикаго, он хотел остаться в этом городе, а потому устроился на позицию постдока в лабораторию Эрика Сонтхаймера в Северо-Западном университете. Сонтхаймер в то время изучал РНК-интерференцию, которой в прошлом занималась и Даудна, но вскоре они с Марраффини поняли, что система CRISPR работает более впечатляющим образом. Именно так в 2008 году они и совершили важное открытие, установив, что система разрезает ДНК атакующих вирусов[175].

Марраффини познакомился с Даудной на следующий год, когда она приехала в Чикаго на конференцию. Он специально занял место рядом с ней. “Я очень хотел с ней познакомиться, ведь я знал, что ей удалось изучить структуру РНК, хотя это было чрезвычайно сложно, – говорит он. – Кристаллизация белков – дело ясное, но кристаллизовать РНК гораздо сложнее, и это произвело на меня впечатление”. Даудна только приступила к работе над CRISPR, и Марраффини спросил, можно ли устроиться к ней в лабораторию. Но вакансии для него не нашлось, поэтому в 2010 году он перешел в Университет Рокфеллера на Манхэттене и основал там лабораторию по изучению CRISPR в бактериях.

Лучано Марраффини

В самом начале 2012 года он получил письмо от Чжана, с которым не был знаком. “С Новым годом! – написал Чжан. – Меня зовут Фэн Чжан, я исследователь в MIT. Я с большим интересом прочел множество ваших статей о системе CRISPR и хочу узнать, готовы ли вы к сотрудничеству при разработке системы CRISPR для применения в клетках млекопитающих”[176].

Марраффини поискал имя Чжана в Google, поскольку тогда оно мало о чем говорило большинству исследователей CRISPR. Чжан прислал письмо около десяти вечера, и Марраффини ответил примерно через час. “Я очень заинтересован в сотрудничестве”, – написал он, а затем добавил, что работает на “минимальной” системе, то есть на системе, где оставлены лишь ключевые молекулы. Исследователи договорились созвониться на следующий день. Казалось, это начало прекрасной дружбы.

Вскоре у Марраффини сложилось впечатление, что Чжан зашел в тупик и пробовал всевозможные белки Cas. “Он испытывал не только Cas9, но и все остальные системы CRISPR, включая Cas1, Cas2, Cas3 и Cas10, – говорит Марраффини. – Ничего не получалось. Он метался как белка в колесе”. В результате Марраффини, если полагаться на его собственную память, подтолкнул Чжана сосредоточиться на Cas9. “Я был совершенно уверен насчет Cas9. Я был экспертом в этой области. Я понимал, что с другими ферментами будет слишком сложно”.

После телефонного разговора Марраффини отправил Чжану список того, что необходимо было сделать. Первым пунктом в нем значился отказ от использования любых других ферментов, кроме Cas9[177]. Он также отправил по обычной почте распечатку всей обнаруженной в бактерии последовательности CRISPR, которая растянулась на несколько страниц (ATGGTAGAAAACACTAAATTA…). Рассказывая мне об этом, Марраффини встал из-за стола и распечатал последовательность и для меня. “Передав Фэну все эти данные, – сказал он, – я помог ему понять, что нужно использовать Cas9, и составил для него дорожную карту, на которую он и стал ориентироваться”.

Некоторое время они работали вместе, разделяя задачи. Чжан предлагал идеи, которые, как он надеялся, применимы для человеческих организмов. Затем Марраффини, который специализировался на микробах, испытывал их, чтобы проверить, работают ли они в бактериях, что было проще изучить экспериментально. В частности, очень важно было добавить в систему сигнал ядерной локализации (NLS), без которого невозможно было поместить CRISPR-Cas9 в ядро клетки человека. Чжан разрабатывал способы добавлять разные сигналы ядерной локализации к Cas9, а затем Марраффини испытывал их, чтобы выяснить, работают ли они в бактериях. “Если при добавлении NLS система перестает работать в бактериях, сразу становится ясно, что в человеческом организме она работать тоже не будет”, – поясняет он.

Марраффини полагал, что в случае успеха их с Чжаном плодотворное сотрудничество, основанное на взаимном уважении, позволит им выступить соавторами итоговой статьи и вместе зарегистрировать ряд потенциально прибыльных патентов. Некоторое время дело действительно обстояло именно так.