Уолтер Айзексон – Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества (страница 86)

В кругу Дженнифер Даудны на Западном побережье, однако, была исследовательская группа, которая занималась разработкой противокоронавирусного препарата. Подобно системе CARVER, изобретенной Мирвольдом, он задействовал бы CRISPR для обнаружения и уничтожения вирусов.

Стэнли Ци вырос в китайском городе Вэйфане, который сам называет небольшим. Этот город находится на побережье примерно в пятистах километрах от Пекина, и численность его населения превышает 2,6 миллиона человек, то есть он почти не уступает Чикаго, но “по китайским меркам считается маленьким”, поясняет Ци. Там множество заводов, однако нет университета мирового класса, и потому Ци поступил в Университет Цинхуа в Пекине, где изучал математику и физику. Затем он подал документы в Беркли, намереваясь и дальше заниматься физикой, но понял, что у него просыпается все больший интерес к биологии. “Казалось, ее легче применить, чтобы помочь миру, – говорит он, – поэтому, проучившись в Беркли два года, я переключился с физики на биоинженерию”[552].

Там он оказался в лаборатории Даудны, которая стала одним из двух его научных руководителей. Вместо того чтобы сосредоточиться на редактировании генома, он разработал новые способы использования CRISPR для воздействия на экспрессию генов. “Меня удивило, что она готова тратить время, чтобы обсуждать со мной науку, причем не на поверхностном, а на глубоком уровне, анализируя даже ключевые технические детали”, – говорит он. Его интерес к вирусам усилился в 2019 году, когда он (как и Мирвольд с Даудной) получил грант от DARPA для подготовки к борьбе с эпидемиями. “Сначала мы сосредоточились на поиске CRISPR-метода борьбы с гриппом”, – рассказывает Ци. Затем пришел коронавирус. В конце января 2020 года, прочитав статью о ситуации в Китае, Ци собрал свою команду и вместо гриппа занялся COVID.

Ци действовал примерно так же, как Мирвольд. Он хотел с помощью направляемого фермента найти и затем разрезать РНК атакующего вируса. Как и Чжан и Мирвольд, он решил использовать вариант Cas13. Ферменты Cas13a и Cas13b были открыты Чжаном в Институте Брода. Но еще один вариант Cas13 обнаружил блестящий биоинженер из круга Даудны Патрик Хсю, который успел поработать как с исследователями из Института Брода, так и с учеными из Беркли[553].

Стэнли Ци

Хсю родился на Тайване, окончил Беркли и получил докторскую степень в Гарварде, где работал в лаборатории Чжана, когда Чжан пытался раньше Даудны обеспечить работу CRISPR в клетках человека. После этого Хсю два года работал исследователем в Editas, созданной для коммерциализации CRISPR компании, в число основателей которой входил Чжан и из которой уволилась Даудна. Оттуда он отправился в Институт Солка в Южной Калифорнии, где открыл фермент, который назвали Cas13d. В 2019 году он занял должность доцента в Беркли и затем возглавил одну из исследовательских групп, когда Даудна присоединилась к борьбе с COVID-19.

Поскольку Cas13d, открытый Хсю, обладал маленьким размером и прекрасной способностью к наведению на цель, Ци счел его лучшим ферментом для противодействия коронавирусу в клетках легких человека. Ци сделал серьезную заявку на победу в конкурсе на лучшую аббревиатуру, назвав свою систему PAC – MAN, от prophylactic antiviral CRISPR in human cells (“профилактический антивирусный CRISPR в клетках человека”). Так же звали поедающего точки героя в популярной в прошлом видеоигре. “Я люблю видеоигры, – сказал Ци Стивену Леви из Wired. – Pac-Man ест печенье, пока за ним охотится привидение. Но когда у него на пути оказывается особенное печенье, питающее его энергией (в нашем случае это система CRISPR-Cas13), он вдруг становится очень сильным. Теперь он может съесть привидение и очистить поле боя”[554].

Ци с командой испытали PAC – MAN на синтезированных фрагментах коронавируса. В середине февраля его аспирант Тим Эббот провел эксперименты и показал, что в лабораторных условиях PAC – MAN снижает количество коронавируса на 90 %. “Мы продемонстрировали, что генетическое нацеливание на базе Cas13d позволяет эффективно находить и уничтожать РНК-последовательности фрагментов SARS-CoV-2, – написали Ци с соавторами. – PAC – MAN перспективен для борьбы не только с коронавирусами, включая тот, что вызывает COVID-19, но также с широким спектром других вирусов”[555].

Статья была опубликована онлайн 14 марта 2020 года, на следующий день после первого совещания Даудны с учеными из Области залива, которые решили принять участие в войне с коронавирусом. Ци прислал ей ссылку, и через час Даудна ответила и предложила ему присоединиться к группе и провести презентацию на втором еженедельном онлайн-совещании. “Я сказал, что мы нуждаемся в ресурсах для разработки идеи PAC – MAN – нам необходимо получить доступ к живому коронавирусу и разработать механизмы доставки, способные проникать в клетки легких пациентов, – вспоминает он. – Она оказала мне огромную поддержку”[556].

В основе CARVER и PAC – MAN лежала блестящая идея, но справедливости ради стоит сказать, что бактерии развили ее более миллиарда лет назад. Расщепляющие РНК ферменты Cas13 могут уничтожать коронавирусы в клетках человека. Если обеспечить их работу, CARVER и PAC – MAN станут эффективнее, чем вакцина, вызывающая иммунный ответ. Нацеливаясь непосредственно на атакующий вирус, эти CRISPR-технологии не зависят от непредсказуемого иммунного ответа организма.

Трудность вызывала доставка: как добиться, чтобы они нашли нужные клетки в организме человека, а затем проникли сквозь клеточную мембрану? Это очень сложно, особенно если добраться нужно до клеток легких, и поэтому в 2021 году CARVER и PAC – MAN еще не были готовы к использованию.

На еженедельном совещании 22 марта Даудна представила Ци и показала слайд с описанием группы, которую он возглавит в их коронавирусной войне[557]. В его команду она определила исследователей из своей лаборатории, которые разрабатывали новые методы доставки, а затем помогла ему подготовить технический документ с обзором проекта для потенциальных спонсоров. “Мы используем вариант CRISPR, Cas13d, чтобы находить, разрезать и уничтожать РНК-последовательности вирусов, – написали они. – Наша работа предлагает новую стратегию, которая в будущем может применяться в качестве генной вакцины и препарата от COVID-19”[558].

Традиционно CRISPR и другие генные препараты доставляются в клетки с помощью безвредных вирусов: так, с этой ролью прекрасно справляются аденоассоциированные вирусы, которые не вызывают ни болезней, ни серьезного иммунного ответа. Такие “вирусные векторы” переносят в клетки генетический материал. Для доставки также применяются искусственно синтезированные вирусоподобные частицы, с которыми работают Дженнифер Хэмилтон и другие исследователи из лаборатории Даудны. Кроме того, применяется метод электропорации, при котором клеточную мембрану подвергают воздействию электрического поля, чтобы сделать более проницаемой. У каждого из этих методов свои недостатки. Малый размер вирусных векторов часто позволяет им доставлять лишь определенный тип CRISPR-белков и ограниченное количество направляющих РНК. Чтобы найти безопасный и эффективный механизм доставки, IGI нужно было оправдать свое название и заняться инновациями.

В напарники Ци для разработки механизмов доставки Даудна назначила Росса Уилсона, своего бывшего постдока. Уилсон, который теперь руководит собственной лабораторией, расположенной по соседству с лабораторией Даудны в Беркли, – специалист по новым способам доставки материала в клетки пациентов. Как отмечалось выше, он вместе с Алексом Мэрсоном разрабатывает систему доставки ДНК-вакцины[559].

Уилсон опасается, что доставлять PAC – MAN и CARVER в клетки будет нелегко. Тем не менее Ци надеется, что в ближайшие годы начнется применение этих CRISPR-препаратов. Перспективным кажется метод, в рамках которого комплекс CRISPR-Cas13 помещается в искусственно синтезированную молекулу, называемую липитоидом и сравнимую по размеру с вирусом. В партнерстве с отделом биологических наноструктур Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, крупным правительственным комплексом, стоящим на холме над университетским кампусом, Ци разрабатывает липитоиды, способные доставлять PAC – MAN в клетки легких[560].

По его словам, сработать может метод доставки PAC – MAN с помощью назального спрея или другого ингалятора. “У моего сына астма, – говорит Ци, – поэтому в детстве, играя в футбол, он превентивно пользовался ингалятором. Люди регулярно пользуются ими, чтобы подготовить легкие к столкновению с аллергенами и смягчить аллергическую реакцию”. Так же можно было бы поступать при эпидемии коронавируса: люди могли бы применять назальный спрей, чтобы защищаться от вируса с помощью PAC – MAN или другого профилактического препарата на основе CRISPR-Cas13.

Как только механизмы доставки будут разработаны, системы на базе CRISPR, такие как PAC – MAN и CARVER, смогут лечить и защищать людей, не активируя собственную иммунную систему организма, которая бывает непредсказуемой и ненадежной. Их также можно нацелить на важнейшие последовательности в генетическом коде вируса, чтобы даже после мутации вирус не смог без труда их обходить. Кроме того, их легко перепрограммировать при появлении новых вирусов.