Читать книгу: «Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества», страница 6

Глава 10. Кафе Free Speech Movement

Джиллиан Бэнфилд

В начале 2006 года, вскоре после публикации первой статьи Даудны о ферменте Dicer, в ее кабинете в Беркли зазвонил телефон. С ней связалась профессор из Беркли, знакомая ей только понаслышке, – микробиолог Джиллиан Бэнфилд, которая, как и Мохика, интересовалась крошечными организмами, обитающими в экстремальных средах. Бэнфилд, общительная австралийка с ироничной улыбкой, была готова к сотрудничеству и изучала бактерии, которые ее команда обнаружила в очень соленом озере в Австралии, в горячем гейзере в Юте, а также в крайне кислотном стоке с калифорнийского медного рудника в солончаковое болото⁷¹.

В процессе секвенирования ДНК своих бактерий Бэнфилд снова и снова находила примеры сгруппированных повторяющихся последовательностей, называемых CRISPR. Она была из тех, кто полагал, что система CRISPR работает посредством РНК-интерференции. Когда она ввела запрос “РНК-интерференция и Калифорнийский университет в Беркли” в Google, первым в списке результатов оказалось имя Даудны, и Бэнфилд решила ей позвонить. “Я ищу в Беркли человека, который работает с направляющими РНК, – сказала она, – и Google выдал мне ваше имя”. Они с Даудной договорились встретиться за чашкой чая.

Даудна никогда не слышала о CRISPR и не сразу поняла, о чем идет речь. Повесив трубку, она поискала информацию в интернете и обнаружила всего несколько статей на нужную тему. Прочитав в одной из них, что за аббревиатурой CRISPR скрывается фраза “короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами”, она решила подождать, пока Бэнфилд не объяснит ей, что это значит.

Они встретились ветреным весенним днем и сели за каменный столик на веранде специализирующегося на супах и салатах кафе Free Speech Movement у входа в библиотеку Беркли для студентов бакалавриата. Бэнфилд распечатала статьи Мохики и Кунина. Она понимала, что если она хочет понять функцию последовательностей CRISPR, то логично привлечь к сотрудничеству такого биохимика, как Даудна, который сможет проанализировать каждый компонент таинственной молекулы в лаборатории.

Когда я попросил их рассказать мне об этой встрече, они пылали тем же энтузиазмом, который, как сами они утверждают, чувствовали и тогда. Обе говорили быстро, особенно Бэнфилд, и заканчивали фразы друг за друга, то и дело смеясь. “Мы сидели, пили чай, и ты принесла с собой огромную стопку бумаги с данными об обнаруженных последовательностях”, – вспоминала Даудна. Бэнфилд, которая обычно работает на компьютере и редко распечатывает материалы, кивнула. “Я все показывала тебе последовательности”, – сказала она. “Ты была увлечена и говорила очень быстро, – подхватила Даудна. – У тебя было полно данных. Я тогда подумала: «Ей это очень и очень важно»”⁷².

Сидя за столиком в кафе, Бэнфилд нарисовала последовательность ромбов и квадратов, которыми обозначила сегменты ДНК, обнаруженные в бактериях. Она сказала, что во всех ромбах содержатся идентичные последовательности, но в каждом из находящихся между ними квадратов последовательность уникальна. “Такое впечатление, что они быстро диверсифицируются в ответ на что-то, – сказала она Даудне. – Но что может вызвать появление таких странных сгруппированных последовательностей ДНК? Как именно они работают?”

До тех пор CRISPR в основном занимались микробиологи, как Мохика и Бэнфилд, которые изучали живые организмы. Они выстраивали красивые теории о CRISPR и иногда оказывались правы, но не проводили контролируемых экспериментов в пробирках. “В то время никто еще не изолировал молекулярные компоненты системы CRISPR, не испытал их в лаборатории и не изучил их структуру, – говорит Даудна. – В игру пора было вступить моим коллегам – биохимикам и специалистам по структурной биологии”⁷³.

Глава 11. Начало игры

Блейк Виденхефт

Когда Бэнфилд предложила Даудне вместе работать над CRISPR, Даудна оказалась в тупике. У нее в лаборатории не было человека, который мог бы этим заняться.

Затем на собеседование к ней пришел необычный кандидат на позицию постдока. Монтанец Блейк Виденхефт, харизматичный и милый, как медвежонок, обожал природу, регулярно ходил в походы и большую часть своей научной карьеры провел в погоне за микроорганизмами, обитающими в экстремальных средах, которые находил везде, от Камчатки и Йеллоустонского национального парка до своего заднего двора, прямо как Бэнфилд и Мохика. Не имея блестящих рекомендаций, он все же твердо решил переключиться с биологии малых организмов на биологию молекул, и когда Даудна спросила его, чем он хотел бы заняться, он произнес волшебные слова: “Вам знакома аббревиатура CRISPR?”⁷⁴

Виденхефт родился в городке Форт-Пек (штат Монтана, население – 233 человека), который находится в 130 км от канадской границы и очень далеко – от всего остального. Его отец был специалистом по биологии промысловых рыб и работал в Отделе охраны дикой природы штата Монтана. В школе Виденхефт занимался борьбой и бегом, ходил на лыжах и играл в американский футбол.

Блейк Виденхефт на Камчатке (Россия)

В бакалавриате Университета штата Монтана он изучал биологию, но редко бывал в лаборатории. Ему больше нравилось ездить в соседний Йеллоустон и собирать микроорганизмы, которые выживали в геотермальных источниках парка. “Мне было невероятно интересно находить образцы организмов в геотермальном источнике, класть их в термос, выращивать в искусственных горячих источниках в лаборатории, а затем рассматривать под микроскопом и видеть то, чего мы никогда прежде не видели, – говорит он. – Это изменило мои представления о жизни”.

Университет штата Монтана подходил Виденхефту идеально, поскольку позволял ему потакать своей любви к приключениям. “Я всегда смотрю вперед и вижу за одной горой другую”, – отмечает он⁷⁵. Окончив университет, он вовсе не планировал становиться исследователем. Как и отец, он интересовался биологией рыб и поступил на работу на судно, которое занималось ловлей крабов в Беринговом море у берегов Аляски, где собирал данные для государственных структур. После этого он отправился на лето в Гану, где учил детей естествознанию, а затем некоторое время работал в Монтане сотрудником лыжного патруля. “Я жить не мог без приключений”.

Но все же в путешествиях он вечерами возвращался к своим старым учебникам биологии. Его научный руководитель Марк Янг изучал вирусы, которые атаковали бактерии в горячих геотермальных источниках Йеллоустона. “Энтузиазм Марка, желавшего понять, как работают эти биологические машины, был заразителен”⁷⁶. После трех лет странствий Виденхефт решил, что найти приключения можно не только в походах, но и в лабораториях. Он вернулся в университет и поступил в аспирантуру, выбрав Янга своим научным руководителем, и вместе они стали исследовать, как вирусы нападают на бактерии⁷⁷.

Хотя Виденхефт мог секвенировать ДНК вирусов, ему хотелось большего. “Как только я начал изучать последовательности ДНК, я понял, что информации в них мало, – говорит он. – Нам нужно было определить структуры, поскольку именно структуры – складки и формы – сохраняются в течение более долгого эволюционного периода, чем последовательности нуклеиновых кислот”. Иными словами, последовательность букв в ДНК не показывала, каким образом она работает: необходимо было понять, какую форму имеет молекула, чтобы на основании этого определить, как происходит ее взаимодействие с другими молекулами⁷⁸.

Виденхефт решил, что должен изучить структурную биологию, и для этого не было места лучше, чем лаборатория Даудны в Беркли.

Виденхефт слишком серьезен, чтобы сомневаться в себе, и это не укрылось от Даудны на собеседовании. “Я приехал из маленькой лаборатории в Монтане и ценил себя достаточно высоко, а потому не стушевался, хотя мне и следовало бы”, – вспоминает он. Он собирался предложить несколько возможных тем, однако, когда Даудна проявила интерес к CRISPR, его главной страсти, Виденхефт сразу загорелся. “Я болтал без умолку, стараясь представить себя в лучшем свете”. Он подошел к доске и перечислил на ней проекты CRISPR, осуществлявшиеся другими исследователями, включая команду Джона ван дер Оста и Стэна Броунса из Нидерландов, с которыми он работал, когда они приезжали в Йеллоустон за образцами микроорганизмов из горячих источников.

В ходе мозгового штурма Виденхефт с Даудной прикинули, чем может заняться ее лаборатория, удостоив особенного внимания изучение функций CRISPR-ассоциированных ферментов (ферментов Cas). Даудну поразили энергия и заразительный энтузиазм Виденхефта. На него же произвел впечатление ее интерес к CRISPR. “У нее есть дар заглядывать вперед и понимать, где ждать следующего прорыва”, – говорит он⁷⁹.

Виденхефт погрузился в работу в лаборатории Даудны с той же страстью, которую проявлял в своих походах. Он готов был очертя голову нестись вперед и осваивать техники, которые никогда прежде не применял. В обед он отправлялся тренироваться на велосипеде, а днем и вечером работал в лаборатории, не снимая велосипедного костюма и шлема. Однажды он проводил эксперимент на протяжении двух суток и все это время не покидал лабораторию, даже чтобы поспать.

Мартин Йинек

Желая изучить структурную биологию, Виденхефт интеллектуально и дружески сблизился с постдоком, который был экспертом по кристаллографии в лаборатории Даудны. Мартин Йинек родился в Чехословакии, в силезском городе Тршинец. Он изучал органическую химию в Кембридже и написал диссертацию под руководством итальянского биохимика Елены Конти в Гейдельберге. Это не только наделило его гибким научным мировоззрением, но и позволило ему приобрести гибридный акцент: он говорит очень четко и то и дело перемежает свою речь фразой “по сути”⁸⁰.

В лаборатории Конти Йинек заинтересовался главной звездой этой книги – молекулой РНК. “Это удивительно разноплановая молекула – она может выступать катализатором, может складываться в 3D-структуры, – сказал он впоследствии Кевину Дэвису из CRISPR Journal. – В то же время она переносит информацию. Это универсал в мире биомолекул!”⁸¹ Он хотел работать в лаборатории, где сможет изучить структуру комплексов, в которых сочетались РНК и ферменты⁸².

Йинек прекрасно умел ставить себе задачи. “Он мог работать самостоятельно, а это всегда ценилось в моей лаборатории, поскольку я не руковожу каждым шагом сотрудников, – говорит Даудна. – Я предпочитаю нанимать людей, которые имеют собственные творческие идеи и хотят работать в команде под моим руководством, но при этом не ждут от меня ежедневных указаний”. Она назначила встречу с Йинеком, когда поехала на конференцию в Гейдельберг, а затем пригласила его в Беркли, где он познакомился с сотрудниками ее лаборатории. Она считала, что членам команды очень важно чувствовать себя свободно в общении с новыми коллегами.

Когда Йинек перешел в лабораторию Даудны, он сначала сосредоточился на изучении механизмов РНК-интерференции. Ученые уже описали, как проходит этот процесс в живых клетках, но Йинек понимал, что для полноты картины необходимо воссоздать процесс в пробирке. Эксперименты in vitro позволили ему выделить ферменты, которые играют важнейшую роль при воздействии на экспрессию гена. Он также смог изучить кристаллическую структуру одного конкретного фермента и тем самым показать, как именно он разрезает матричную РНК⁸³.

Йинек и Виденхефт имели совершенно разную подготовку и были совсем непохожи друг на друга по характеру, но прекрасно дополняли друг друга. Йинек специализировался на кристаллографии и хотел поработать с живыми клетками, а Виденхефт занимался микробиологией и хотел изучить кристаллографию. Они сразу понравились друг другу. Виденхефт отличался гораздо более озорным чувством юмора, но оно было таким заразительным, что вскоре Йинек его подхватил. Однажды, приехав вместе с коллегами с визитом в Аргоннскую национальную лабораторию в Чикаго, они работали в огромном круглом здании, где находится мощный источник синхротронного излучения Advanced Photon Source, или APS. Здание так велико, что ученые передвигаются по нему на трехколесных велосипедах. В четыре утра, проработав всю ночь, Виденхефт устроил гонку на велосипедах по всей окружности здания и, конечно, победил⁸⁴.

Даудна решила, что ее лаборатория поставит перед собой цель разделить систему CRISPR на химические составляющие и изучить, как работает каждая из них. Первым делом они с Виденхефтом предпочли сосредоточиться на CRISPR-ассоциированных ферментах.

Cas1

Давайте прервемся на краткий ликбез.

Ферменты – это белки особого типа. Их главная функция – выступать в качестве катализатора, запускающего химические реакции в клетках живых организмов, от бактерий до человека. Ферменты катализируют более пяти тысяч биохимических реакций. Благодаря им расщепляются белки и углеводы в пищеварительной системе, сокращаются мышцы, передаются сигналы между клетками, регулируется обмен веществ и (что особенно важно для нашей темы) происходит разрезание и сплайсинг ДНК и РНК.

К 2008 году ученые открыли ряд ферментов, производимых генами, которые соседствуют с последовательностями CRISPR в ДНК бактерий. Эти CRISPR-ассоциированные ферменты (ферменты Cas) позволяют системе вырезать и вставлять в геном новые воспоминания о вирусах, атакующих бактерии. Они также создают короткие сегменты РНК, называемые CRISPR-РНК (сгРНК), которые направляют работающий по принципу ножниц фермент к опасному вирусу, чтобы вырезать его генетический материал. Вуаля! Так хитроумные бактерии и создают адаптивную иммунную систему!

Система обозначений этих ферментов в 2009 году еще не сложилась, в основном потому, что их открывали в разных лабораториях. В конце концов названия привели к единому стандарту: Cas1, Cas9, Cas12 и Cas13.

Даудна и Виденхефт решили сосредоточиться на ферменте Cas1. Это единственный фермент Cas, который встречается во всех бактериях с системами CRISPR, а значит, выполняет фундаментальную функцию. Cas1 обладал и другим преимуществом для лаборатории, где для изучения того, как структура молекулы определяет ее функции, применялась рентгеновская кристаллография: его было просто кристаллизовать⁸⁵.

Виденхефт смог выделить ген Cas1 из бактерий и клонировать его. Применив диффузию из паровой фазы, он сумел его кристаллизовать. Но затем он зашел в тупик, пытаясь определить его точную кристаллическую структуру, поскольку его опыт в рентгеновской кристаллографии оказался недостаточным.

Даудна поручила Йинеку, который только что опубликовал написанную в соавторстве с ней статью об РНК-интерференции⁸⁶, помочь Виденхефту с кристаллографией. Исследователи вместе отправились в соседнюю Национальную лабораторию имени Лоуренса в Беркли, где, работая на ускорителе частиц, Йинек помог Виденхефту проанализировать данные и построить атомную модель белка Cas1. “В процессе я заразился энтузиазмом Блейка, – вспоминает он. – После этого я решил и дальше заниматься CRISPR в лаборатории у Дженнифер”⁸⁷.

Они обнаружили, что Cas1 имеет характерную складку, которая, очевидно, и была механизмом, использовавшимся бактерией для захвата фрагмента ДНК атакующих вирусов и внедрения его в свой набор CRISPR, а следовательно, представляла собой ключ к этапу формирования памяти иммунной системы. В июне 2009 года они описали свое открытие в статье, которая стала первым вкладом лаборатории Даудны в изучение CRISPR. В ней ученые впервые объяснили механизм CRISPR на основе структурного анализа одного из его компонентов⁸⁸.

Родольф Баррангу

Филипп Хорват

Глава 12. Производители йогуртов

Фундаментальные исследования и линейная модель инноваций

Историки науки и технологий, включая и меня, часто пишут о так называемой линейной модели инновационного процесса. Ее насаждал Вэнивар Буш, декан инженерного факультета Массачусетского технологического института, один из основателей компании Raytheon, во время Второй мировой войны руководивший Национальным исследовательским комитетом США по вопросам обороны, который курировал изобретение радара и создание атомной бомбы. В подготовленном в 1945 году докладе “Наука – безграничное познание” Буш утверждал, что фундаментальные исследования, проводимые из любопытства, становятся первыми шагами к новым технологиям, к инновациям. “Новые продукты и новые процессы не появляются зрелыми, – написал он. – Они основываются на новых принципах и новых концепциях, которые, в свою очередь, разрабатываются в процессе изысканий в сфере чистейшей науки. Фундаментальные исследования задают темп техническому прогрессу”⁸⁹. Ознакомившись с этим докладом, президент Гарри Трумэн основал Национальный научный фонд, правительственное агентство, предоставляющее финансирование для проведения фундаментальных исследований – главным образом в университетах.

В линейной модели инновационного процесса есть рациональное зерно. Фундаментальные исследования квантовой теории и физики поверхностных состояний полупроводниковых материалов привели к созданию транзистора. Но все было не так просто и не так линейно. Транзистор разработали в Лабораториях Белла, исследовательском подразделении Американской телефонной и телеграфной компании (AT&T). Там трудились многие теоретики фундаментальной науки, включая Уильяма Шокли и Джона Бардина. Туда заглядывал даже Альберт Эйнштейн. Но рядом с ними работали инженеры-практики и монтажники, которые знали, как усилить телефонный сигнал. Кроме того, свой вклад вносили и специалисты по развитию бизнеса, которые пробивали дорогу для внедрения междугородной телефонной связи. Три перечисленных группы информировали и мотивировали друг друга.

История CRISPR, на первый взгляд, развивалась по линейной модели. Специалисты по фундаментальной науке, например Франсиско Мохика, из чистого любопытства решили изучить замеченную в природе странность, и это подготовило почву для появления таких прикладных технологий, как редактирование генома и создание инструментов для борьбы с коронавирусами. Однако, как и история создания транзисторов, этот процесс не был в полной мере линейным и однонаправленным. Скорее он представлял собой циклический танец, в котором участвовали ученые-теоретики, изобретатели-практики и руководители бизнеса.

Наука может рождать инновации. Однако, как отмечает Мэтт Ридли в книге “Как работают инновации”, иногда теория и практика оказывают взаимное влияние друг на друга. “Столь же часто инновации рождают науку: создаются полезные техники и процессы, но понимание принципов их работы приходит позже, – пишет он. – Паровые машины подтолкнули развитие термодинамики, а не наоборот. Моторизированный полет опередил почти всю аэродинамику”⁹⁰.

Яркая история CRISPR служит еще одним прекрасным примером симбиоза фундаментальной и прикладной науки. И в ней фигурирует йогурт.

Баррангу и Хорват

Пока Даудна с командой приступали к работе над CRISPR, двое молодых специалистов по продуктам питания на разных континентах изучали CRISPR с целью усовершенствовать технологии производства йогурта и сыра. Родольф Баррангу в Северной Каролине и Филипп Хорват во Франции работали в компании Danisco, датском производителе продовольственного сырья, который специализируется на заквасочных культурах, запускающих и контролирующих ферментацию молочных продуктов.

Заквасочные культуры для йогурта и сыра делаются из бактерий, и главную угрозу для 40-миллиардного мирового рынка представляют вирусы, способные уничтожать бактерии. Компания Danisco готова была вкладывать немалые деньги в исследования, чтобы выяснить, как бактерии защищаются от этих вирусов. Она располагала ценным активом: базой данных последовательностей ДНК всех бактерий, которые использовала за время своего существования. Именно так Баррангу и Хорват, которые впервые услышали о проводимом Мохикой исследовании CRISPR на конференции, стали одним из звеньев во взаимодействии фундаментальной науки и бизнеса.

Баррангу родился в Париже, и еда его, как истинного парижанина, интересовала всегда. Он также любил науку, поэтому в колледже решил совместить свои увлечения. Он стал единственным из знакомых мне людей, который переехал из Франции в Северную Каролину, чтобы узнать больше о пище. Он поступил в Университет штата Северная Каролина в Роли и получил степень магистра, защитив диплом о ферментации соленых огурцов и квашеной капусты. Он получил докторскую степень в том же университете, женился на специалисте по науке о продуктах питания, с которой познакомился во время учебы, и переехал с ней в Мэдисон (Висконсин), где она устроилась на работу в мясную компанию Oscar Mayer. Там же, в Мэдисоне, находится и подразделение Danisco, производящее сотни мегатонн бактериальных культур для ферментированных молочных продуктов, включая йогурт. В 2005 году Баррангу занял там должность руководителя исследовательского отдела⁹¹.

За много лет до этого он подружился с другим французским специалистом по науке о продуктах питания Филиппом Хорватом, который работал исследователем в лаборатории Danisco в городе Данже-Сен-Ромен в Центральной Франции. Хорват создавал инструменты для выявления вирусов, которые атакуют разные штаммы бактерий, и приятели стали сотрудничать друг с другом через океан, изучая CRISPR.

Каждый день они по два-три раза созванивались и обсуждали на французском свои планы. Они решили применить вычислительную биологию для анализа последовательностей CRISPR, обнаруживаемых в бактериях из обширной базы Danisco, и начали с бактерии Streptococcus thermophilus, рабочей лошадки в индустрии молочных культур. Они сравнили CRISPR-последовательности этой бактерии с ДНК вирусов, атаковавших ее. Прелесть исторического собрания Danisco заключалась в том, что в нем присутствовали штаммы бактерий, использовавшиеся каждый год с начала 1980-х, поэтому исследователи могли наблюдать, как со временем менялся их геном.

Они обратили внимание, что бактерии, собранные вскоре после крупной вирусной атаки, обзавелись спейсерами с последовательностями, взятыми из этих вирусов, а это свидетельствовало, что их интеграция в геном произошла для отражения будущих атак. Поскольку иммунитет теперь стал частью ДНК бактерий, он передавался всем последующим поколениям этих бактерий. В мае 2005 года ученые провели сравнение и поняли, что достигли цели. “Мы увидели стопроцентное совпадение между CRISPR бактериального штамма и последовательностью вируса, атаковавшего его, – вспоминает Баррангу. – Таким стал наш момент истины”⁹². Они получили весомое подтверждение тезиса, сформулированного Франсиско Мохикой и Евгением Куниным.

Затем они совершили весьма полезный шаг: они показали, что могут искусственно создавать такой иммунитет, конструируя и внедряя в геном собственные спейсеры. Во французской исследовательской лаборатории нельзя было заниматься генной инженерией, поэтому эту часть экспериментов Баррангу провел в Висконсине. “Я продемонстрировал, что при добавлении последовательностей из вируса в локус CRISPR бактерия вырабатывает иммунитет к этому вирусу”, – говорит он⁹³. Кроме того, ученые доказали, что CRISPR-ассоциированные ферменты (ферменты Cas) играют важнейшую роль в приобретении новых спейсеров и защите от атакующих вирусов. “По сути, я отключил два гена Cas, – поясняет Баррангу. – Двенадцать лет назад это было непросто. Одним из них был Cas9. Мы показали, что стоит его отключить, как сопротивляемость пропадает”.

В августе 2005 года они использовали свои открытия, чтобы подать заявку и получить один из первых патентов, связанных с системами CRISPR-Cas. В тот же год Danisco начала использовать CRISPR для вакцинации своих бактериальных штаммов.

Баррангу и Хорват написали для журнала Science статью, опубликованную в марте 2007 года. “Момент был прекрасен, – говорит Баррангу. – Мы, сотрудники неведомой датской компании, отправили статью с описанием малоизвестной системы организма, до которого ни одному ученому нет дела. Мы были бы безмерно рады и одной рецензии. Но статью приняли к публикации!”⁹⁴

Конференции по CRISPR

Статья помогла вывести интерес к CRISPR на новый уровень. Джиллиан Бэнфилд, биолог из Беркли, которая привлекла Даудну к сотрудничеству в кафе Free Speech Movement, немедленно связалась с Баррангу. Они решили поступить так, как часто поступают пионеры новых областей науки: организовать ежегодные конференции. Первая из них, подготовленная силами Бэнфилд и Блейка Виденхефта, состоялась в конце июля 2008 года в Стэнли-холле в Беркли, где находилась лаборатория Даудны. На ней присутствовало всего тридцать пять человек, включая Франсиско Мохику, который прилетел из Испании, чтобы выступить с докладом.

В науке не возникает проблем с сотрудничеством на расстоянии – и особенно в нем преуспевают ученые, которые занимаются исследованиями CRISPR, как показали на своем примере Хорват и Баррангу. Но в непосредственной близости порой происходят более сильные реакции: идеи рождаются за чаем в таких местах, как кафе Free Speech Movement. “Не будь этих конференций по CRISPR, эта область не развивалась бы с такой скоростью и не стала бы ареной для такого плодотворного сотрудничества, – говорит Баррангу. – И не возникло бы никакого чувства локтя”.

Правила на конференции были не слишком строгими, а атмосфера – доверительной. Участники неформально рассказывали о результатах, которые еще не опубликовали, а другие ученые не пытались извлечь из этого выгоду. “Небольшие конференции, на которых люди делятся неопубликованными данными и идеями и каждый помогает каждому, могут изменить мир”, – отметила впоследствии Бэнфилд. Первым делом на конференции стандартизировали терминологию и названия, в том числе разработав единую систему наименования CRISPR-ассоциированных белков. Сильвен Моро, один из первых участников мероприятий, назвал июльский конгресс “научной рождественской вечеринкой”⁹⁵.

Сонтхаймер и Марраффини

В год первой конференции произошел значительный прорыв. Лучано Марраффини и его научный руководитель Эрик Сонтхаймер из Северо-Западного университета в Чикаго продемонстрировали, что мишенью системы CRISPR является ДНК. Иными словами, CRISPR работает не посредством РНК-интерференции, как было принято считать тогда, когда Бэнфилд впервые вышла на связь с Даудной. На самом деле система CRISPR была нацелена на ДНК атакующего вируса⁹⁶.

Это имело поразительное следствие. Марраффини и Сонтхаймер поняли, что если система CRISPR нацелена на ДНК вирусов, то в таком случае ее можно превратить в инструмент для редактирования генома. Их судьбоносное открытие еще сильнее подогрело интерес к CRISPR по всему миру. “Отсюда вытекала идея, что CRISPR может обладать фундаментальными трансформирующими свойствами, – говорит Сонтхаймер. – Если [система] могла брать на прицел и разрезать ДНК, то она давала возможность исправлять причину генетической проблемы”⁹⁷.

Но чтобы использовать ее таким способом, сначала нужно было многое понять. Марраффини и Сонтхаймер точно не знали, как фермент CRISPR разрезает ДНК. Возможно, его метод осуществления процедуры был несовместим с редактированием генома. Тем не менее в сентябре 2008 года они подали заявку на патент для использования CRISPR в качестве инструмента редактирования ДНК. Заявку отклонили – и вполне обоснованно. Ученые верно предположили, что однажды систему можно будет использовать для редактирования генома, но пока это не подтверждалось никакими экспериментальными данными. “Невозможно запатентовать идею, – признает Сонтхаймер. – Нужно изобрести то, о чем говоришь”. Они также подали заявку на грант Национальных институтов здоровья, чтобы продолжить изучение потенциала CRISPR в качестве инструмента для редактирования генома. И эта заявка тоже оказалась отклонена. Но все же они вошли в историю как ученые, которые первыми предположили, что системы CRISPR-Cas могут применяться для редактирования генома⁹⁸.

Сонтхаймер и Марраффини изучали CRISPR в живых клетках, например в клетках бактерий. Аналогичные исследования проводили и другие специалисты по молекулярной биологии, которые в тот год опубликовали статьи о CRISPR. Однако, чтобы определить ключевые компоненты системы, нужен был другой подход: биохимикам необходимо было изучить молекулы in vitro, в пробирке. Изолируя компоненты в пробирке, биохимики могли на молекулярном уровне объяснить открытия, совершенные микробиологами in vivo, а также сделанные специалистами по вычислительной генетике при сравнении данных о секвенировании in silico.

Эрик Сонтхаймер и Лучано Марраффини

“Когда проводишь эксперименты in vivo, никогда точно не знаешь, почему происходят те или иные вещи, – признает Марраффини. – Мы не можем заглянуть внутрь клетки и увидеть, как все работает”. Чтобы в полной мере изучить каждый компонент, необходимо вынуть его из клетки и поместить в пробирку, где можно точно контролировать химический состав содержимого. Именно на этом специализировалась Даудна, и этим занимались в ее лаборатории Блейк Виденхефт и Мартин Йинек. “Было ясно, что для решения этих вопросов нам нужно выйти за рамки генетического исследования и применить скорее биохимический подход, – позже написала она, – который позволил бы нам изолировать молекулы, составляющие CRISPR, и изучать их поведение”⁹⁹¹⁰⁰.

Но прежде Даудна решила сделать неожиданную петлю на своем карьерном пути.

Герберт Бойер и Роберт Суонсон