Уолтер Айзексон – Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества (страница 80)

Хотя Харрингтон и Чен еще не получили докторскую степень, Даудна посоветовала им основать компанию. Теперь она твердо верила, что фундаментальные исследования необходимо совмещать с прикладными, перенося открытия из лабораторий к пациентам. “Многие другие технологии, открытые нами, были на всякий случай куплены крупными компаниями, которые не стали их развивать, – говорит Харрингтон. – И потому мы решили основать собственную фирму”. Компания Mammoth Biosciences официально начала работу в апреле 2018 года, и Даудна возглавила ее научно-консультативный совет.

Как бывало весьма часто, Даудна с командой соперничала со своим конкурентом с другого конца страны, Фэном Чжаном из Института Брода. Работая с пионером CRISPR Евгением Куниным из Национальных институтов здоровья и применяя техники вычислительной биологии, Чжан рассортировал геномы тысяч микробов. В октябре 2015 года исследователи сообщили об открытии множества новых CRISPR-ассоциированных ферментов. В дополнение к уже известным ферментам Cas9 и Cas12, нацеленным на ДНК, Чжан и Кунин нашли класс ферментов, нацеленных на РНК[509]. Их назвали Cas13.

Cas13 обладал таким же странным свойством, как и Cas12: обнаруживая цель, он срывался с цепи и разрезал не только свою РНК-мишень, но и все остальные РНК в непосредственной близости.

Сначала Чжан решил, что это ошибка. “Мы думали, что Cas13 будет расщеплять РНК точно так же, как Cas9 расщепляет ДНК, – говорит он. – Но всякий раз, когда мы проводили реакцию с Cas13, РНК разрезалась во многих местах”. Чжан спросил у сотрудников своей лаборатории, уверены ли они, что правильно очищают фермент и не подвергают его контаминации. Они тщательно все проверили и удалили все возможные источники контаминации, но беспорядочное разрезание РНК не прекратилось. Чжан предположил, что такой метод появился в ходе эволюции, чтобы у клетки была возможность совершить самоубийство, если атакующий вирус заразит ее слишком сильно, и таким образом не позволить вирусу распространяться с такой скоростью[510].

Далее лаборатория Даудны изучила, как именно работает Cas13. В статье, опубликованной в октябре 2016 года, Даудна с соавторами, в число которых вошли ее муж Джейми Кейт и студентка Александра Ист-Селетски, проводившая часть важнейших экспериментов по применению CRISPR в клетках человека в 2012 году, объяснили, какие функции выполняет Cas13, и отметили его способность без разбора разрезать тысячи других находящихся поблизости РНК после того, как он достигнет цели. Такое поведение позволяет использовать Cas13 в комбинации с флуоресцентными репортерами (как ранее делалось с Cas12) в качестве средства обнаружения определенных последовательностей РНК, например РНК коронавируса[511].

Фэн Чжан и Патрик Хсю

Чжан и его коллеги из Института Брода смогли создать такое средство обнаружения в апреле 2017 года и назвали его specific high sensitivity enzymatic reporter unlocking (“специфичное высокочувствительное ферментативное репортерное разблокирование”), или SHERLOCK. Лед тронулся! Они показали, что SHERLOCK может выявлять определенные штаммы вирусов Зика и лихорадки денге[512]. За следующий год они разработали его версию, в которой совместили Cas13 и Cas12, чтобы обнаруживать несколько целей в ходе одной реакции. Далее они упростили систему и сделали так, что результат показывался на тест-полосках, как результат теста на беременность[513].

Чжан решил основать диагностическую компанию, чтобы коммерциализировать SHERLOCK, как поступили Чен и Харрингтон, учредившие Mammoth. В число ее сооснователей вошли двое аспирантов, которые значились ведущими авторами многих написанных в его лаборатории статей по CRISPR-Cas13, – Омар Абудайе и Джонатан Гутенберг. Гутенберг вспоминает, что, узнав о склонности Cas13 беспорядочно разрезать РНК, они едва не отказались от публикации работы. Это свойство казалось бесполезной причудой природы. Но когда Чжан нашел способ использовать эту причуду для создания технологии обнаружения вирусов, Гутенберг понял, что открытия фундаментальной науки порой находят неожиданное применение в реальном мире. “Знаете, природа хранит целое множество удивительных тайн”, – говорит он[514].

Привлечь средства и запустить Sherlock Biosciences получилось не сразу, поскольку Чжан и аспиранты не желали работать исключительно ради выгоды. Они хотели сделать технологии доступными в развивающемся мире. В итоге компания была организована таким образом, чтобы получать прибыль с инноваций, но практиковать некоммерческий подход в тех регионах, где в этом была бо́льшая необходимость.

В отличие от конкуренции Даудны и Чжана за патенты, соперничество диагностических компаний не было особенно ожесточенным. Обе стороны понимали, что технологии способны принести огромную пользу. При каждой следующей эпидемии Mammoth и Sherlock могли быстро перепрограммировать свои диагностические инструменты, делая мишенью новый вирус, и производить тест-наборы. Так, в 2019 году команда Института Брода отправила нескольких специалистов с SHERLOCK в Нигерию, чтобы помочь с проведением диагностики при вспышке лихорадки Ласса, вызываемой вирусом из семейства эболы[515].

В то время применение CRISPR в качестве диагностического инструмента казалось благородным, хотя и не особенно интересным делом. О нем говорили не так часто, как об использовании CRISPR для лечения болезней и редактирования генома человека. Но в начале 2020 года мир неожиданно изменился. Умение без промедления обнаруживать атакующий вирус оказалось чрезвычайно важно. И делать это быстрее и дешевле, чем с помощью традиционных ПЦР-тестов, требующих множества перемешиваний и температурных циклов, позволяло применение РНК-направляемых ферментов, запрограммированных на выявление генетического материала вируса, то есть адаптированной системы CRISPR, которую миллионы лет использовали бактерии.

Глава 52. Тесты на коронавирус

В начале января 2020 года Фэну Чжану начали приходить письма о коронавирусе, написанные на китайском языке. Часть из них присылали знакомые ему китайские ученые, но нашлось и одно неожиданное – от атташе по науке из китайского консульства в Нью-Йорке. “Вы американец и не живете в Китае, – говорилось в нем, – но речь идет о серьезной проблеме, стоящей перед всем человечеством”. Далее цитировалась старинная китайская поговорка: “Когда где-то беда, помощь приходит со всех сторон”. “Мы надеемся, что вы подумаете и скажете, чем можете помочь”, – писал атташе[516].

Чжан почти ничего не знал о новой коронавирусной инфекции и лишь читал о ситуации в Ухане в статье The New York Times, но письма “подсказывали, что положение серьезное”, говорит он. Особенно важной была переписка с китайским консульством. “Обычно я ничего от них не получаю”, – поясняет Чжан, который иммигрировал с родителями в Айову, когда ему было одиннадцать лет.

Я спросил его, не считают ли китайские чиновники, что он китайский ученый. “Похоже, так и есть, – ответил он, немного помедлив. – Они, наверное, считают китайцами всех выходцев из Китая. Но это не имеет значения, поскольку мир сегодня очень взаимосвязан, особенно в пандемию”.

Чжан решил перенастроить средство обнаружения SHERLOCK таким образом, чтобы оно могло обнаруживать новую коронавирусную инфекцию. К несчастью, в его лаборатории не было никого, кто мог бы провести необходимые эксперименты. В результате он занялся этим сам и привлек к работе двух своих бывших аспирантов Омара Абудайе и Джонатана Гутенберга. Они к тому времени уже открыли собственную лабораторию в Институте Макговерна при MIT, расположенном в квартале от Института Брода, и согласились снова поработать вместе с ним.

Фэн Чжан (вверху слева), Омар Абудайе (вверху справа) и Джонатан Гутенберг (по центру справа) на зум-встрече по обнаружению COVID

Сначала у Чжана не было доступа к пробам коронавирусной инфекции, взятым у людей, поэтому он синтезировал ее. Применяя метод SHERLOCK, Чжан с командой разработал диагностический тест, который предполагает всего три шага и может проводиться за час без использования сложного оборудования. Нужно было лишь небольшое устройство, чтобы поддерживать постоянную температуру, пока генетический материал из проб амплифицируется в ходе химического процесса, который был проще, чем ПЦР. Результаты проявлялись на бумажной тест-полоске.

Четырнадцатого февраля, задолго до того, как бо́льшая часть США обратила внимание на новую коронавирусную инфекцию, лаборатория Чжана разместила в интернете технический документ с описанием теста и предложила всем лабораториям свободно использовать его или адаптировать процесс. “Сегодня мы делимся протоколом исследования диагностики #coronavirus COVID-19 на базе SHERLOCK и надеемся, что это поможет людям, которые борются с его вспышкой, – твитнул Чжан. – Мы будем обновлять информацию по мере получения новых данных”[517].

Основанная им компания Sherlock Biosciences быстро приступила к преобразованию метода в коммерческий диагностический инструмент, подходящий для применения в больницах и поликлиниках. Директор компании Рахул Дханда сказал своей команде, что хочет, чтобы компания сосредоточилась на COVID, и исследователи вернулись к своим рабочим станциям и принялись за дело. “Это был буквально разворот: ученые развернулись на своих стульях, а компания развернулась к новой цели”, – говорит Дханда. К концу 2020 года компания уже сотрудничала с производственными партнерами, налаживая выпуск маленьких аппаратов, с помощью которых результаты можно было получать менее чем за час[518].