Текст книги "Редактируя человечество: Революция CRISPR и новая эра изменения генома"

Но общественное внимание росло. Это стало очевидным, когда Стернберг принял приглашение на завтрак в мексиканский ресторан в Беркли от женщины, которая спросила, не будет ли он заинтересован в создании компании по предоставлению будущим родителям технологии редактирования генов с применением CRISPR. Стернберга это не заинтересовало, но убедило вернуться к написанию книги. Результатом стал бестселлер «Трещина в мироздании» (A Crack in Creation), опубликованный весной 2017 г., в котором рассказывается личная история Дудны, хотя она ловко обошла стороной любые комментарии и противоречия по патентному спору[237]237
  Jennifer A. Doudna and Samuel H. Sternberg, A Crack in Creation (Boston: Houghton Mifflin Harcourt, 2017).


[Закрыть].

В разном порядке Шарпантье, Дудна и Чжан удостоились почти всех крупных научных премий, за исключением двух: премии Ласкера, которую называют американской Нобелевской премией, и самой Нобелевской премии. Их присуждение кажется очевидным, но «кому» и «за что» – остается предметом разногласий.

Обе женщины разделили «Нобелевские премии» Японии, Испании, Израиля и Канады (вместе с Чжаном), и это лишь некоторые из них. Самой прибыльной наградой стала премия «Прорыв», учрежденная миллиардерами Кремниевой долины, включая Присциллу Чан и Марка Цукерберга (Facebook[238]238
  Деятельность Meta Platforms Inc. (в том числе по реализации соцсетей Facebook и Instagram) запрещена в Российской Федерации как экстремистская.


[Закрыть]), Сергея Брина (Google) и его бывшую жену Энн Войчицки (23andMe), а также Дика Костоло (Twitter). На церемонии награждения в ноябре 2014 г. Дудне и Шарпантье вручала награды голливудская актриса Кэмерон Диас. На сцене Шарпантье блеснула галльским юмором. «Это как-то сюрреалистично – получать награду из рук Кэмерон, – сказала она и повернулась к Костоло: – Три влиятельные женщины… Мне интересно, может, Вы – тот самый Чарли?»

Спустя два года Шарпантье и Дудна присоединились к Баррангу, Хорвату и Чжану на ежегодной церемонии вручения Международной премии Гайрднера (Canada Gairdner Awards) – наиболее престижной канадской награды в области науки. На банкете каждый лауреат по традиции выбирает музыку, под которую он будет выходить на сцену для получения награды. Чжан, естественно, выбрал величественную музыкальную тему Джона Уильямса из фильма «Парк Юрского периода». Он поблагодарил своих родителей за то, что они так многим пожертвовали ради него, а также свою жену – за то, что была с ним в лаборатории поздними вечерами, и за рождение дочери. Хорват выбрал джазовое исполнение темы из фильма «Миссия невыполнима». Он пошутил, что его научная карьера началась с квашеной капусты, и процитировал знаменитую французскую пословицу: «Impossible n'est pas français» («Нет ничего невозможного»). Баррангу выбрал песню «Счастлив» (Happy) Фаррела Уильямса и бесстыдно гримасничал перед камерами, когда поднимался на сцену в своих фирменных ковбойских сапогах. Шарпантье, напротив, решила взять в качестве аккомпанемента меланхоличную французскую электронику от группы Daft Punk.

Самую интересную речь произнесла Дудна, чей выбор пал на композицию «На солнечной стороне улицы» (On the Sunny Side of the Street) Билли Холидея. Она поблагодарила своих студентов, коллег и наставников, а также двух специальных гостей – мужа и жену, профессоров Гарвардской медицинской школы Джорджа Чёрча и Тинг Ву, – за то, что они вдохновляли ее, когда она была еще студенткой Гарварда. Также она особенно отметила недооцененную работу Чёрча с CRISPR. «За многие годы то, что он сделал, оказало огромное влияние на область редактирования генов, включая усовершенствование системы CRISPR-Cas для редактирования генов в клетках млекопитающих»[239]239
  CanadaGairdnerAwards, «Jennifer Doudna-2016 Canada Gairdner Awards Gala,» YouTube video, 5:31, last viewed May 1, 2020, https://www.youtube.com/watch?v=jLOSMcQ2iec&t=.


[Закрыть]. (Кто-то задумается, не пыталась ли она таким образом поддеть Чжана и Ландера, присутствовавших на ужине.) Затем она объявила, что жертвует свою награду в размере $100 000 некоммерческой организации по обучению в области геномики, соучредителями которой были Ву и Чёрч.

На фотографии, сделанной в тот вечер, Баррангу стоит в центре квинтета CRISPR: благодаря своим ботинкам он на голову выше своих коллег. (В группе был еще один лауреат, Энтони Фаучи, получивший признание за работу в сфере глобального здравоохранения.) Получение премии Гайрднера, несомненно, было важным моментом в его карьере, признанием его знакового исследования, которое привело к революции CRISPR. Дудна и Шарпантье получили заслуженную оценку разработки единой направляющей РНК – переломного момента, как называет ее Баррангу[240]240
  Rodolphe Barrangou, interview, Victoria, Canada, February 21, 2019.


[Закрыть]. «Единая направляющая РНК – это открытие, это нечто новое, неочевидное, парадоксальное. Они не просто ее воспроизвели. Они ее спроектировали, разработали». Однако редактирование генома произойдет лишь в 2013 г., когда «это продемонстрируют Джордж, Фэн, Лучано, Джин-Су Ким и, наконец, Дженнифер».

Хорват разделил премию Мэссри с Дудной и Шарпантье в 2015 г. и премию Фонда Уоррена Альперта с Баррангу, Шарпантье, Дудной и Шикшнисом. «По большей части я находился в тени Шарпантье и Дудны, но не в случае с премией Боуэра», – сказал он мне. В 2018 г. премия Боуэра, врученная ему за достижения в науке, была, пожалуй, его величайшей наградой. Учрежденная в 1824 г., эта награда была вручена более 2000 ученых и изобретателей, включая Теслу, Эдисона, Эйнштейна, Хокинга, Чёрча и Билла Гейтса. Грамота Хорвата гласила:

За фундаментальное открытие роли CRISPR-Cas как бактериальной системы адаптивного иммунитета, которая была использована для разработки мощного инструмента для точного редактирования различных геномов.

Хорват вспоминает, что получение им наград вызвало «некоторый стресс» у его коллег, но я также полагаю, что, по его мнению, его вклад не получил должного признания. «Я осознаю, что наибольший интерес представляет аспект редактирования генов и, возможно, мы забудем тех, кто открыл природную бактериальную систему, и будем помнить только о последних разработчиках технологии, позволившей свершиться этой революции», – заявил он мне. Хорват также вспоминает о Джинеке и Хилински – ученых, работающих в лаборатории, которые стояли во главе прорыва CRISPR в 2012 г. «Может быть, их недостаток заключается в том, что они не женщины», – сказал он в порыве неполиткорректности. «В настоящий момент женщины востребованы в науке. Имеет место позитивная дискриминация женщин. Это хорошо, – говорит он быстро, – но у этого есть и некоторые недостатки. Если это твоя женщина, которая достигает такого уровня и получает признание, эти недостатки становятся очевидными».

В научном сообществе существует забавный ритуал: каждый сентябрь здесь стараются угадать следующую группу нобелевских лауреатов. В случае с CRISPR вопрос, конечно, заключается в том, «когда они получат» премию, а не «получат ли вообще». Разделить награду в каждой категории может не более трех человек, и они должны быть живы[241]241
  Возможно и исключение из этого правила: если человек умер, но никто из Нобелевского отборочного комитета не знал об этом во время объявления результатов, то формально ему все-таки может быть присуждена награда. Это произошло с Ральфом Штайнманом в 2011 г., который скончался за три дня до того, как стали известны имена победителей.


[Закрыть]. Кто-то может возразить, что уже была вручена Нобелевская премия за направленное воздействие на гены, что предшествовало геномному редактированию, и ее разделили Марио Капекки, Оливер Смитис и Мартин Эванс в 2007 г. (за открытие ими «принципа внесения специфических изменений в гены мышей»). Возможно, награда достанется приверженцам геномного редактирования «до CRISPR», с которыми мы познакомимся в следующей главе.

По мнению Баррангу, люди неправильно ставят вопрос: важно не «когда» или «кто», но «за какое открытие». Другими словами, какой комитет присудит премию. По химии или по медицине? Если награда присуждается за достижения в области химии, преимущество будет на стороне Дудны и Шарпантье, разработавших единую направляющую РНК, но есть и веские аргументы в пользу Шикшниса, разделившего с ними премию Кавли, или Джинека, который провел важнейшие эксперименты с единой направляющей РНК. Если награду будут присуждать за открытие Cas9, то, скорее всего, ее должен получить Муано. Если будет выбрано направление физиологии или медицины, то премия наверняка будет вручаться за геномное редактирование и вероятнее всего – Чжану и Чёрчу. «Джордж был непосредственным участником! – говорит Баррангу. – Его без всякой причины вычеркнули из истории. Вы не можете оставить Джорджа в стороне, это безумие»[242]242
  Из того же источника.


[Закрыть]. Однако, несмотря на весь свой потенциал, система CRISPR-Cas – а по сути, вся область редактирования генома – еще только должна зарекомендовать себя как инновационное лекарство, спасающее жизни.

Ключевая роль Лучано Марраффини, состоявшая в том, что он помог Чжану начать исследования CRISPR в 2012 г., не вошла в повествование Ландера о «героях». Технические знания приветливого аргентинца имели огромное значение для открытия технологии редактирования генов, но, если не считать вручения премии Олбани в 2017 г., в основном они оставались незамеченными. На церемонии вручения премии Олбани Марраффини разделил сцену с Мохикой, которого попросили рассказать о его жизни и карьере, поскольку он считается «дедушкой» CRISPR. «Это было похоже на усыновление ребенка, когда вы даете ему красивое имя: CRISPR, – поведал Мохика. – Вы гордитесь этим ребенком. Такое ощущение, что он принадлежит вам, хотя это не так. Вы стараетесь заботиться о нем». По прошествии десяти лет ребенок становится «очень умным человеком», а затем «очень важной личностью». Подводя итог, Мохика сказал: «Я полон радости, я счастлив и горд»[243]243
  Albany Med, «Albany Medical Center Prize in Medicine and Biomedical Research panel discussion,» YouTube video, 1:23:27, last viewed May 10, 2020, https://www.youtube.com/watch?v=oNlukM56bsY.


[Закрыть].

Что касается слухов о получении Нобелевской премии, Мохика хотел бы, чтобы они прекратились. «Если я ее получу, я исчезну с планеты», – говорит он[244]244
  Clara Rodriguez Fernandez, «Francis Mojica, the Spanish Scientist Who Discovered CRISPR,» Labiotech, April 8, 2019, https://labiotech.eu/interviews/francis-mojica-crispr-interview/.


[Закрыть]. Конечно, если он ее получит, но нет ни малейшего шанса, что это произойдет.

В то время как разработчики технологии редактирования генома получают награды, работа над улучшением исходной системы CRISPR и расширением ее набора инструментов продолжается. Возможности CRISPR вдохновили тысячи новых ученых по всему миру изучать фундаментальную биологию этого метода и применять его в различных областях, включая новые формы терапии[245]245
  Jennifer A. Doudna, «The promise and challenge of therapeutic genome editing,» Nature 578, (2020): 229–236, https://www.nature.com/articles/s41586–020–1978–5?proof=true.


[Закрыть].

В кругах, занимающихся CRISPR, львиную долю внимания до сих пор привлекает Cas9. Однако ученые, включая Джилл Бэнфилд и Евгения Кунина, исследуют удивительное разнообразие жизни микроорганизмов на планете Земля, чтобы найти новые виды и каталогизировать разнообразие иммунных систем CRISPR и содержащихся в них генов Cas. Ученые, не теряя времени, адаптировали некоторые из этих систем для новых исследовательских и диагностических задач.

Одним из первых и важных дополнений к набору инструментов стало то, что были немедленно затуплены лезвия молекулярных ножниц, чтобы отключить функцию разрезания ДНК при помощи Cas9. Это может показаться нелогичным, но направленная определенной молекулой РНК Cas9 служит множеству целей, помимо разрезания ДНК. Cas9 можно использовать для переноса разных молекул к определенным местам генома, чтобы усиливать или ослаблять экспрессию генов (CRISPR-активация или интерференция). Эти «нережущие» Cas9, описанные Стэнли Ки с коллегами, называются «мертвыми Cas9»[246]246
  L. S. Qi et al., «Repurposing CRISPR as an RNA-guided platform for sequence-specific control of gene expression,» Cell 152, (2013): 1173–1184, https://www.cell.com/fulltext/S0092–8674(13)00211–0.


[Закрыть]. Их можно применять в редактировании оснований[247]247
  H. A. Rees and D. R. Liu, «Base editing: Precision Chemistry on the Genome and Transcriptome of Living Cells,» Nature Reviews Genetics 19, (2018): 770–788, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30323312/.


[Закрыть], новом варианте редактирования генома с помощью CRISPR, при котором Cas9 используется не для того, чтобы резать ДНК, а для расположения различных ферментов, делающих на ней насечку, и запуска точных химических процессов на конкретных основаниях. (Мы вернемся к этому в главе 22.)

Исходный белок Cas9, выделенный из S. pyogenes (SpCas9), состоит из 1366 аминокислот, что находится на границе допустимого при упаковке молекулы в ограниченном грузовом пространстве наиболее популярного переносчика в генной терапии – аденоассоциированного вируса (AAV). Есть много разновидностей Cas9, полученных из других микроорганизмов: некоторые из них значительно меньше по размеру, чем SpCas9, а другие способны распознавать различные последовательности PAM. Многие из них представляют собой новые молекулярные инструменты, расширяющие возможности инженерии CRISPR. Команда Дудны тоже нашла способ приостановить работу Cas9, удерживая его в заблокированном состоянии с помощью молекулярного эквивалента пластикового хомутика, который при необходимости можно раскрыть для высвобождения нуклеазы[248]248
  B. L. Oakes et al., «CRISPR-Cas9 Circular Permutants as Programmable Scaffolds for Genome Modification,» Cell 176, (2019): 254–267, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30633905/.


[Закрыть]. Это дает исследователям больше контроля за тем, где (или когда) активировать Cas9, снижая вероятность нежелательного воздействия вне целевых участков.

В 2016 г., спустя почти десятилетие после их первой беседы о CRISPR за чашкой кофе, Дудна и Бэнфилд обнаружили кладезь новых инструментов CRISPR в метагеномных образцах микроорганизмов, с которыми еще не работали в лабораториях[249]249
  D. Burstein et al., «New CRISPR–Cas systems from uncultivated microbes,» Nature 542, 2017: 237–241.


[Закрыть]. Среди самых важных были две миниатюрные нуклеазы Cas, названные CasX и CasY. Первая составляла всего 60 % от размера SpCas9. Она разрезает ДНК похожим образом, хотя ее последовательность отличается от SpCas9: это позволяет предположить, что она образовалась совершенно независимо. И, в отличие от SpCas9, она получена из вида бактерий, который в естественных условиях не инфицирует человека, а значит, в целом это не вызовет проблем с потенциальной иммуногенностью.

Другой интересный скальпель Cas – это Cas12 (ранее известный как Cpf1), а точнее, Cas12a, обнаруженный сотрудниками лаборатории Чжана[250]250
  B. Zetsche et al., «Cpf1 Is a Single RNA-guided Endonuclease of a Class 2 CRISPR-Cas System,» Cell 163, (2015): 759–771, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4638220/.


[Закрыть]. В отличие от Cas9, этот фермент делает не чистый срез, а ступенчатый, рассекая две нити спирали в разных местах. Это небольшой белок, не требующий tracrRNA. Проводя независимые исследования свойств Cas12a, сотрудники лабораторий Чжана и Дудны были шокированы, обнаружив, что этот фермент совершенно по-другому воздействует на одноцепочечную ДНК – он не столько разрезал ДНК, сколько рвал на куски[251]251
  J. S. Chen et al., «CRISPR-Cas12a target binding unleashes indiscriminate single-strand DNase activity,» Science 360, (2018): 436–439, https://science.sciencemag.org/content/360/6387/436.


[Закрыть]. Другим дополнением к набору инструментов стал Cas13, который делал то же самое с РНК. Если бы обнаружение конкретной молекулы ДНК или РНК было связано с появлением какого-то химического сигнала, у исследователей появилась бы простая диагностическая система.

Именно это и сделали две группы. Двое студентов Дудны, Дженис Чен и Лукас Харрингтон, помогли создать компанию Mammoth Biosciences для коммерциализации своей диагностической системы, получившей название DETECTR. (Брат Чен – чемпион мира по фигурному катанию, Нейтан Чен.) В то же самое время двое протеже Чжана, Омар Абудэйе и Джонатан Гутенберг, сотрудница Чжана Пардис Сабети, стали основателями компании Sherlock Biosciences. Вам не нужно быть детективом с трубкой во рту, чтобы понять, почему так называется их компания[252]252
  SHERLOCK расшифровывается как Specific Hypersensitive Enzymatic Reporter unLOCKing – дословно «специфическая гиперчувствительная ферментативная разблокировка».


[Закрыть].

Вот пример: допустим, мы хотим запрограммировать Cas12 для обнаружения вируса SARS-CoV-2, ответственного за пандемию COVID-19. На основе последовательностей, амплифицированных из генома коронавируса, был создан ряд направляющих РНК, которые их распознают. Но как только Cas12 узнает эту последовательность, включается его новое ферментное свойство, благодаря которому он будет резать (и продолжать резать) любую одноцепочечную молекулу ДНК, расположенную в непосредственной близости. При добавлении в систему молекул-указателей, которые испускают свет, когда происходит разрезание, наличие даже следовых количеств вируса может быть обнаружено с помощью простого цветового анализа на бумажной полоске[253]253
  J. P. Broughton et al., «CRISPR-Cas12-based detection of SARS-CoV-2,» Nature Biotechnology, 2020, https://www.nature.com/articles/s41587–020–0513–4.


[Закрыть].

Точно так же семейство белков Cas13 может быть использовано для обнаружения возбудителей гриппа, лихорадки денге, вируса Зика и, конечно, вируса COVID-19[254]254
  J. S. Gootenberg et al., «Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2,» Science 356, (2017): 438–442, https://science.sciencemag.org/content/356/6336/438.


[Закрыть]. После активации Cas13 демонстрирует то, что Чжан называет «побочной РНКазной активностью»: он продолжает разрезать РНК. Предоставляя необходимое количество химически меченных молекул – указателей РНК, его команда создала простую систему обнаружения вирусов, которая работает на образцах мочи, крови и слюны. Присутствие вируса запустит работу Cas13, отрезая РНК-указатели и высвобождая флуоресцентный маркер, который можно проявить на простой бумажной полоске, подобно тому как работает тест на беременность.

Надежность простых, дешевых, универсальных диагностических тестов имеет плохую репутацию после краха основанной Элизабет Холмс корпорации Theranos, излишне разрекламированного единорога из Кремниевой долины, которая скатилась от оценки в $9 млрд до банкротства, последовавшего за крупным расследованием, проведенным Джоном Каррейру[255]255
  John Carreyrou, Bad Blood (New York: Knopf, 2018).


[Закрыть]. В отличие от Theranos, которая с опозданием опубликовала результаты лишь одного исследования, получившего рецензию[256]256
  M. B. Nourse et al., «Engineering of a miniaturized, robotic clinical laboratory,» Bioeng. Transl. Med. 3, 58–70 (2018), https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5773944/.


[Закрыть], команды Дудны и Чжана уже описали и научную основу, и технологический процесс, лежащие в основе их диагностических открытий: в престижных журналах в этой связи вышла серия публикаций.

За счет своей портативности наборы Mammoth и Sherlock могли бы пользоваться большим спросом – дома для диагностики гриппа, в больницах для выявления резистентности к антибиотикам и даже в полевых условиях, где происходят вспышки заболеваемости коронавирусом и другими недугами, вызванными вирусами-возбудителями. Группа Чена показала, что DETECTR может довольно точно обнаруживать наличие вируса папилломы человека (ВПЧ) за небольшое время, которое требуется обычно простому тесту. По инициативе Сабети из Гарварда тест SHERLOCK уже показал многообещающие результаты в выявлении случаев лихорадки Ласса в Нигерии, денге в Сенегале и вируса Зика в Гондурасе. Обе компании активно адаптируют свои технологии для обнаружения вируса COVID-19. Помимо использования в диагностических целях, эти разработки также привлекательны для применения в других областях – от продовольственной безопасности и сельского хозяйства до борьбы с биотерроризмом. Лаборатория Чжана уже использовала тесты SHERLOCK для обнаружения определенных генов в растениях, продемонстрировав тем самым множество вариантов применения при выявлении патогенов или вредителей[257]257
  O. O. Abudayyeh et al., «Nucleic acid detection of plant genes using CRISPR-Cas13,» The CRISPR Journal 2, (2019): 165–171, https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/CRISPR.2019.0011.


[Закрыть].

В Торонто аспирант Джозеф Бонди-Демони «обнаружил нечто удивительное, чего мы никогда не ожидали», рассказывает его научный руководитель Алан Дэвидсон[258]258
  Elie Dolgin, «The kill-switch for CRISPR that could make gene-editing safer,» Nature January 15, 2020, https://www.nature.com/articles/d41586–020–00053–0.


[Закрыть]. Он обнаружил анти-CRISPR, растущее семейство вирусных белков, которые способны обезвредить или нейтрализовать бактериальную защиту CRISPR – камень и бумага для ножниц CRISPR. Эрик Зонтхаймер описал способ применения анти-CRISPR для ограничения области редактирования генома выбранной тканью. Амит Чаудхари из Гарвардской медицинской школы занимается поиском небольших химических соединений, которые могут точно регулировать активность фермента Cas. Агентство DARPA запустило программу Safe Genes для финансирования исследований анти-CRISPR, и Бонди-Демони не терял времени, став соучредителем компании Acrigen Biosciences: он намеревался сделать редактирование генов более безопасным и эффективным.

Другие дополнения к инструментарию включают Cas3, измельчитель ДНК для создания больших делеций; систему под названием EvolvR для введения мутаций и создания конкретной целевой области и системы, которые программируют ДНК-вставки в целевой участок. Аналогичные идеи параллельно разрабатывались группой Сэмюэла Штернберга в Колумбийском университете, а также в лаборатории Чжана. Штернберг адаптировал CRISPR из Vibrio cholera для разработки программируемой системы на основе транспозонов (паразитических подвижных генов) для того, чтобы специально созданную последовательность ДНК вставить в определенный участок генома[259]259
  S. E. Klompe et al., «Transposon-encoded CRISPR–Cas systems direct RNA-guided DNAintegration,» Nature 571, (2019): 219–225, https://www.nature.com/articles/s41586–019–1323-z.


[Закрыть]. Эта система предлагает привлекательную альтернативу геномной инженерии без разрушения ДНК или запуска ответа клетки на повреждение ДНК.

Ученые только начинают понимать ценность некоторых новых инструментов, но это лишь верхушка айсберга. Чжан говорит, что уже секвенировано около 150 000 геномов микроорганизмов, но мы понимаем что-либо о защитных системах лишь трети из них. Еще предстоит открыть много секретов последовательностей геномов наших предков-микроорганизмов, которые видоизменялись и развивались на протяжении более миллиарда лет.

Часть II

Пока человек существует, его долг не только улучшать свое собственное состояние, но и способствовать повышению качества жизни человечества.

АВРААМ ЛИНКОЛЬН

Достижения генной инженерии позволят нам конструировать наш собственный эволюционный прогресс.

АЙЗЕК АЗИМОВ

Ваши ученые были так заняты вопросом, смогут они это сделать или нет, что совершенно не задумались о том, стоит ли.

ЯН МАЛКОЛЬМ («ПАРК ЮРСКОГО ПЕРИОДА»)

Глава 8
Редактирование генома до Р. Х.

«Если бы мне давали рубль каждый раз, когда я слышу обещание начать редактировать гены, я бы стал олигархом! – заявляет Федор Урнов. – Что за гипотетическое обещание? Эта технология применяется в клинике уже почти десятилетие!»[260]260
  Fyodor Urnov, TRI–CON, San Francisco, February 15, 2018.


[Закрыть] Урнову ли не знать: более десяти лет он был одним из мушкетеров молекулярной биологии в биотехнологической компании Sangamo, которая возглавила разработку технологии редактирования генома и довела ее до клинического использования, разработав терапию от ВИЧ. Этот успех не был очевидным, но он открыл двери для CRISPR и целой лавины новых методов лечения: некоторые из них могут привести к полному излечению.

Теперь, вернувшись в академические круги и работая с Дудной в Институте инновационной геномики (Innovative Genomics Institute), Урнов всецело поглощен CRISPR, объединившись с наиболее значимой фигурой в этой области. «Я рад, что Дженнифер Лопес участвует в телевизионном шоу [о CRISPR], но то, что делает другая Дженнифер, – это намного интереснее», – пошутил он на лекции в 2018 г., когда я впервые его услышал. У него быстрая и четкая речь со слабовыраженным русским акцентом, который сгладился более чем за два десятилетия жизни на Западном побережье. Если в мире редактирования генома и есть гуру, так это Урнов. Однако прежде, чем мы рассмотрим вопрос значения CRISPR для человечества в настоящий момент и в будущем, мне нужно рассказать немного о предыстории CRISPR.

Редактирование генома, «бессмертное» открытие CRISPR, как назвал его Урнов, сделанное Дудной и Шарпантье в 2012 г., не явилось на свет неким идеалом, подобно богине Афине. Годом ранее журнал Nature Methods выбрал редактирование генов «методом года», основываясь на возможностях двух предшественников CRISPR – нуклеазы типа цинковых пальцев (ZNFs) и TALENs[261]261
  Editorial, «Method of the Year 2011,» Nature Methods 9, (2012): 1, https://doi.org/10.1038/nmeth.1852.


[Закрыть]. Несмотря на высокую стоимость и сложность в использовании, эти технологии появились в клиниках на годы раньше, чем CRISPR, – ZNFs была коммерчески разработана компанией Sangamo, а TALENs – расположенной в Париже компанией Cellectis.

Если работа Дудны и Шарпантье 2012 г. – фундаментальная основа редактирования генома в современную эпоху, то есть «Новый Завет», если хотите, то эпоху, предшествующую этому моменту, Урнов называет «Редактированием генома до Рождества Христова» – до CRISPR.

Не многие лауреаты Нобелевской премии могут похвастаться такой примечательной историей, как у Марио Капекки. Находчивость и успех в науке требуют «уникального жизненного опыта, который слишком сложен, чтобы заранее его планировать»[262]262
  Mario R. Cappechi, «The making of a scientist,» HHMI Bulletin, May 1997, https://healthcare.utah.edu/capecchi/HHMI.pdf.


[Закрыть]. Примечательно, что Капекки выжил в труднейших условиях Второй мировой войны и стал первым ученым, осуществившим редактирование генов в клетках млекопитающих. Капекки родился в Вероне в октябре 1937 г., когда в Италии вовсю бушевал фашизм. Его отец, офицер итальянских ВВС, имел роман с красивой поэтессой, читавшей лекции в парижской Сорбонне. «После моего рождения мать приняла мудрое решение не выходить замуж за отца», – вспоминает Капекки[263]263
  Из того же источника.


[Закрыть]. Как представительница богемы, она решительно выступала против фашизма и увезла ребенка в Итальянские Альпы. Однако, по словам Капекки, в 1941 г. в Тироль прибыло гестапо и арестовало его мать. Ее увезли в Дахау (Германия).

В течение года Капекки жил в семье соседей, где питался только домашним хлебом. Он вспоминает, как прыгал голышом в бочках со свежесобранным виноградом. Но, когда закончились деньги, оставленные матерью Капекки, ему пришлось уже самому заботиться о себе. В четырехлетнем возрасте Капекки отправился на юг: «Иногда я жил на улице, иногда присоединялся к группам бездомных детей, иногда оказывался в приютах – и почти всегда голодал». Многие воспоминания об этом периоде «не поддаются описанию». После освобождения из Дахау в 1945 г., чтобы найти сына, мать Капекки вернулась в Италию. Она чудом нашла его в больнице в Реджо-Эмилии: его лечили от истощения. В Риме Капекки принял свою первую за шесть лет ванну. А потом они отправились в Америку. «Я ожидал увидеть дороги, вымощенные золотом, – писал он. – Но нашел гораздо больше – возможности». Капекки поселился у своего дяди Эдварда, физика, недалеко от Филадельфии. Он с упоением занимался борьбой, до сих пор обладает хорошей физической формой и любит это продемонстрировать.

После окончания Антиохийского колледжа Капекки брал интервью у Джима Уотсона в Гарварде. Когда он спросил Уотсона, где ему следует поступать в аспирантуру, тот фыркнул: «Вы бы были безумцем, если бы поехали куда-то еще». Капекки присоединился к работе над расшифровкой генетического кода. Он восхищался бравадой и безупречной честностью Уотсона, а также его чувством справедливости. «Он научил нас не заниматься мелкими проблемами, поскольку это обычно не приводит к важным результатам», – заметил Капекки. Несколько лет спустя он собрал собственную группу в Университете штата Юта. Он разработал метод замены гена на почти идентичную копию путем микроинъекции ДНК в ядро живых клеток. В начале 1980-х комиссия Национального института здравоохранения отклонила предложение Капекки, но это его не остановило, ведь он преодолевал и более серьезные трудности.

Новаторские изыскания Капекки вместе с Оливером Смитисом, британским генетиком, работавшим в то время в Висконсинском университете, и Мартином Эвансом позволили ученым получить инструмент для «выбивания» гена мыши с помощью гомологичной рекомбинации – генетический нокаут. Инактивируя ген в эмбриональных стволовых клетках, а затем вводя эти модифицированные клетки для создания химерного эмбриона, ученые смогли сделать с маленькими пушистыми млекопитающими то, что они систематически делали с дрожжами и бактериями на протяжении десятилетий. Методика была сложной, низкоэффективной и требовала как минимум нескольких месяцев для завершения, но возможность создать животную модель без ключевого гена стала большой удачей для генетиков и онтогенетиков. Это было похоже на золотую лихорадку, только в области генетики: журналы наводнили статьи, в которых рассказывалось о том, что происходит, когда ученые выключают один мышиный ген за другим. В этих статьях фигурировали крайне важные модели генетических заболеваний человека. За это Капекки, Эванс и Смитис получили Нобелевскую премию по физиологии 2007 г.

Несмотря на значительный прогресс в биологии, проблема целевой или гомологичной рекомбинантности заключалась в ее очень низкой эффективности в клетках млекопитающих – всего около 0,01 %. Однако Мария Ясин, молекулярный биолог из Мемориального онкологического центра им. Слоуна – Кеттеринга в Нью-Йорке, знала, что у дрожжей эти показатели были намного выше. В 1994 г. ее группа проверила идею о том, что осуществление разрыва в обеих цепях ДНК может заставить клетку восстанавливать место повреждения. Она обнаружила более высокую скорость рекомбинации при разрезании ДНК, когда она использовала рестриктазу I-SceI. Более того, эти разрывы могут быть восстановлены с помощью экзогенного (введенного извне) фрагмента ДНК. Ясин обнаружила две разные формы репарации ДНК: гомологичную рекомбинацию и негомологичное соединение концов (NHEJ). В результате первого происходит полное восстановление, а в результате второго наблюдается серия коротких делеций, окружающих целевой участок ДНК. Демонстрация Ясин того, что двухцепочечный разрыв является «генно-изменяемым», была важной вехой в науке и, возможно, первым экспериментом по редактированию генов, хотя его значение оценили по достоинству лишь спустя десятилетие. В «Ветхом Завете» редактирования генома Урнов называет его «Евангелием от Ясин»[264]264
  F. D. Urnov, «Genome Editing B. C. (Before CRISPR): Lasting Lessons from the 'Old Testament,'» The CRISPR Journal 1, (2018): 34–46, https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/crispr.2018.29007.fyu.


[Закрыть].

«Я – хрестоматийный пример того, как важно оказаться в нужном месте в нужное время. Всю свою жизнь!»[265]265
  Fyodor Urnov, interview, Florence, Italy, June 27, 2018.


[Закрыть] Мне удалось на час задержать Урнова в вестибюле отеля во Флоренции в Италии и поговорить о «Ветхом Завете» редактирования генома.

Урнов родился на территории бывшего Советского Союза в спокойные 1970-е гг. Страна в то время переживала расцвет социализма. Москва считалась культурной Меккой. Друзья и родственники спорили о смысле жизни за кухонным столом. Отец Урнова – преподаватель литературы, мать – лингвист. Оба публиковались как авторы биографий. Его дед, известный своими литературоведческими трудами, посвятил себя изучению творчества английских классиков, в том числе Чарльза Диккенса. Сам Урнов вырос на книгах Льюиса Кэрролла, Диккенса и Твена, став при этом фанатом группы The Beatles. Отец Урнова, хотя и не был ученым, дружил с семьей великого русского молекулярного биолога Владимира Энгельгардта, который и одолжил ему экземпляр «Двойной спирали». Книга Уотсона произвела глубокое впечатление на четырнадцатилетнего Урнова, особенно тем, как описана мечта автора раскрыть тайну гена. После этой книги все другие планы на будущее были отброшены. ДНК уже не отпускала.

Урнов поступил на биологический факультет МГУ в 1985 г., как раз в период прихода к власти Горбачева. Политика гласности началась в стране, когда Урнов был на первом курсе университета, а перестройка – во второй год его обучения. Также большое влияние оказала чернобыльская катастрофа, произошедшая в 1986 г. К моменту, когда Урнов получил высшее образование, Советский Союз практически распался. Поездка на Запад больше не значила, что вы должны эмигрировать через Израиль или вас увезут контрабандой в чемодане. При поддержке родителей Урнов поступил в Брауновский университет. Его научный руководитель Сью Герби снисходительно приняла бывшего гражданина Советского Союза в ряды сотрудников своей лаборатории, где он провел шесть лет, изучая, как включается и выключается работа генов. На одной из конференций Урнов, испытывая благоговение перед Аланом Вольфом, спросил, может ли он присоединиться к работе в его лаборатории в качестве постдока. Вольф был энергичным, харизматичным и самым молодым директором Национального института здравоохранения. Он дал согласие.

Так Урнов попал в высшую лигу генетических исследований. Вольф был экспертом в развивающейся области эпигенетики – исследовании химических модификаций ДНК, регулирующих активность генов. Работа в лаборатории Вольфа напомнила Урнову гонку Красной королевы из книги «Алиса в Зазеркалье», где Алиса говорит, что, когда долго бежишь со всех ног, непременно попадешь в другое место. Все, кто занимался исследованиями в лаборатории, были специалистами самого высокого уровня и работали круглосуточно. Ему пришлось прикладывать больше усилий и быть готовым к тем моментам, когда Вольф неторопливо подходил к его рабочему месту и спрашивал: «А, доктор Урнов, что вы обнаружили?»

Альфред Херши, один из основателей молекулярной биологии, когда-то описал свой личный рай как работу в лаборатории, проведение эксперимента и получение результата каждый день. Урнов говорит, что он был «поистине в раю Херши». Однако в 2000 г. Вольф неожиданно принял предложение возглавить исследования в молодой биотехнологической компании в Калифорнии. В сорок лет Вольф был готов принять новый вызов. Урнов с готовностью согласился отправиться на запад. Это был первый раз, когда он услышал о Sangamo.