Текст книги "Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества"

Статья Даудны и Шарпантье, опубликованная онлайн 28 июня 2012 года, дала стимул к развитию совершенно новой области биотехнологий – разработке инструмента для редактирования генома человека на базе CRISPR. “Мы все понимали, что вступаем в большую игру, где каждый будет стремиться как можно скорее [воссоздать процесс] в клетках человека, – отмечает Сонтхаймер. – Время для этой идеи настало, и нам предстоял забег к цели”.

Часть третья. Редактирование генома

Какое множество прекрасных лиц!

Как род людской красив! И как хорош

Тот новый мир, где есть такие люди![155]155
  Перевод М. Донского.


[Закрыть]

Уильям Шекспир. Буря

Глава 20. Инструмент для человека

Генная терапия

Путь к синтезу генов человека начался в 1972 году, когда профессор Стэнфорда Пол Берг нашел способ отделить фрагмент ДНК вируса, который встречается у обезьян, и сшить его с ДНК совершенно другого вируса. Вуаля! Получился продукт, который он назвал “рекомбинантной ДНК”. Герберт Бойер и Стэнли Коэн научились более эффективно создавать такие искусственные гены и затем клонировать их миллионами. Так зародились генная инженерия и биотехнологический бизнес.

Ученым понадобилось еще пятнадцать лет, чтобы поместить синтезированную ДНК в клетки человека. Цель состояла в том, чтобы создать своего рода лекарство. Никто не пытался менять ДНК пациента, поэтому речь не шла о редактировании генома. При генной терапии в клетки пациента помещаются фрагменты ДНК, искусственно синтезированные для нейтрализации дефектного гена, вызывающего болезнь.

Первое клиническое испытание прошло в 1990 году. Пациентом стала четырехлетняя девочка с генетической мутацией, которая ослабила ее иммунную систему, в результате чего организм стал подвержен инфекциям. Врачи нашли способ поместить рабочие копии недостающего гена в Т-клетки ее крови. Т-клетки изъяли из организма девочки, снабдили недостающим геном, а затем поместили обратно. Благодаря этому ее иммунная система значительно укрепилась.

Сначала в сфере генной терапии наблюдались некоторые успехи, но вскоре возникли сложности. В 1999 году клиническое испытание в Филадельфии остановилось, когда молодой человек умер из-за сильнейшего иммунного ответа, вызванного вирусом, переносящим терапевтический ген. В начале 2000-х годов при генной терапии иммунодефицита был случайно активирован раковый ген, и пять пациентов заболели лейкемией. Подобные трагедии не менее чем на десять лет заморозили большинство клинических исследований, но поэтапное совершенствование генной терапии заложило фундамент для более энергичных начинаний в сфере редактирования генома.

Редактирование генома

Вместо того чтобы лечить генетические дефекты с помощью генной терапии, некоторые врачи-исследователи принялись искать способы исправлять проблемы в зародыше. Их целью было редактирование дефектных последовательностей ДНК в нужных клетках пациента. Так родилось начинание, названное редактированием генома.

Гарвардский профессор Джек Шостак, научный руководитель Даудны, в 1980-х нашел один из ключей к редактированию гена: он научился разрывать обе нити двойной спирали ДНК, совершая так называемый двухцепочечный разрез. Когда такое случается, ни одна из нитей не может служить образцом для восстановления, или репарации, другой. Геном восстанавливается одним из двух способов. Первый называется “негомологичным соединением концов”. (Термин “гомологичный” происходит от греческого слова, означающего “подобие”.) В таких случаях репарация ДНК идет путем простого соединения концов, без попытки найти соответствующие друг другу последовательности. При таком неаккуратном соединении могут происходить нежелательные вставки и делеции генетического материала. Более точная “гомологичная репарация” становится возможной, когда разорванная ДНК находит поблизости подходящий образец для замены. Обычно клетка копирует и вставляет имеющуюся гомологичную последовательность туда, где были сделаны двухцепочечные разрезы.

Изобретение редактирования генома происходило в два этапа. Сначала ученым нужно было найти подходящий фермент, способный делать двухцепочечные разрезы в ДНК. Затем им необходимо было найти направляющую, которая проведет фермент к тому самому месту в ДНК клетки, где требуется сделать разрыв.

Ферменты, способные разрезать ДНК и РНК, называются нуклеазами. Чтобы создать систему редактирования генома, исследователям нужна была такая нуклеаза, которую можно было бы запрограммировать на разрезание любой выбранной последовательности. К 2000 году они нашли необходимый инструмент. Фермент FokI, обнаруживаемый в некоторых бактериях в почве и водоемах, имеет два домена: один служит ножницами, разрезающими ДНК, а другой выступает в качестве гида, чтобы указывать верное направление. Эти домены можно разделить, и первый можно перепрограммировать на движение к любой намеченной учеными цели[156]156
  Srinivasan Chandrasegaran and Dana Carroll. “Origins of Programmable Nucleases for Genome Engineering” // Journal of Molecular Biology, 27 февраля 2016 г.


[Закрыть].

Исследователи сумели разработать белки, способные выступать в качестве направляющих и доставлять режущий домен к ДНК-мишени. Одна система, цинк-пальцевые нуклеазы (ZFN), появилась в результате объединения режущего домена с белком, имеющим маленькие пальцы, формирующиеся в присутствии иона цинка и позволяющие ему цепляться за нужную ДНК-последовательность. Похожая, но еще более надежная система TALEN (нуклеаза на основе эффектора, подобного активатору транскрипции) была создана при объединении режущего домена с белком, который направляет ее к более длинным ДНК-последовательностям.

Пока совершенствовалась система TALEN, появилась система CRISPR. Она была в некотором роде похожа на нее: в ее составе был режущий фермент Cas9 и гид, направляющий этот фермент к выбранному месту на нити ДНК. Но в системе CRISPR роль гида играл не белок, а фрагмент РНК. Это давало большое преимущество. В системах ZFN и TALEN нужно было создавать новую белковую направляющую всякий раз, когда менялась целевая генетическая последовательность, а это было сложно и занимало много времени. Но с CRISPR достаточно было поиграть с генетической последовательностью гидовой РНК. Хороший студент быстро справлялся с этим в лаборатории.

Оставался один вопрос, который казался либо крайне принципиальным, либо совсем пустячным – в зависимости от вашей позиции в последующих патентных войнах. Системы CRISPR работали в бактериях и археях, то есть в одноклеточных организмах, не имеющих ядер. Отсюда вопрос: могли ли они работать в клетках, имеющих ядра, и особенно в таких многоклеточных организмах, как растения, животные и мы с вами?

В результате статья Даудны и Шарпантье, опубликованная в июне 2012 года, подтолкнула многие лаборатории по всему миру, включая и лабораторию Даудны, вступить в бешеную гонку за право доказать, что CRISPR-Cas9 работает в клетках человека. Примерно через полгода триумфом увенчались труды пяти лабораторий. Этот относительно быстрый успех может служить доказательством, что для обеспечения работы CRISPR-Cas9 в клетках человека, как позже заявили Даудна с коллегами, достаточно было совершить простой и очевидный шаг, который нельзя считать отдельным изобретением. Или же можно сказать, как утверждали соперники Даудны, что этот важный шаг был сделан в результате изобретения, появившегося в пылу конкурентной борьбы.

Ответ на этот вопрос определял судьбу патентов и премий.

Глава 21. Гонка

Конкуренция стимулирует открытия. Даудна называет ее “огнем, который питает двигатель”, и ее двигатель, несомненно, работал именно на этом топливе. С самого детства она нисколько не стеснялась своих амбиций, но уравновешивала их умением работать в команде и идти к намеченной цели. О том, насколько важна конкуренция, она узнала из книги “Двойная спираль”, в которой рассказывается, как мнимые продвижения Лайнуса Полинга стали стимулом для Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика. “Здоровое соперничество, – написала она впоследствии, – лежало в основе множества величайших открытий человечества”[157]157
  Интервью автора с Дженнифер Даудной; Doudna and Sternberg. A Crack in Creation. P. 242.


[Закрыть].

Мотивацией для ученых главным образом служит радость понимания природы, но большинство исследователей признает, что ими также движет желание получать награды – как духовные, так и материальные – за свои открытия: публиковать статьи, регистрировать патенты, получать премии и производить впечатление на коллег. Как и любой человек (может, эта черта появилась у нас в процессе эволюции?), они хотят, чтобы их заслуги признавались, а труды вознаграждались. Им хочется получать одобрение общественности и вешать медали себе на грудь. Именно поэтому они работают допоздна, нанимают специалистов по связям с общественностью и патентных поверенных и даже приглашают писателей (таких как я) к себе в лаборатории.

Конкуренция имеет дурную славу[158]158
  Ferric C. Fang and Arturo Casadevall. “Is Competition Ruining Science?” // American Society for Microbiology, апрель 2015 г.; Melissa Anderson… Brian Martinson, et al. “The Perverse Effects of Competition on Scientists’ Work and Relationships” // Science Engineering Ethics, декабрь 2007 г.; Matt Ridley, “Two Cheers for Scientific Backbiting” // Wall Street Journal, 29 июля 2012 г.


[Закрыть]. Утверждается, что конкуренция препятствует сотрудничеству, сдерживает обмен данными и подталкивает людей к тому, чтобы защищать свою интеллектуальную собственность, вместо того чтобы открывать к ней свободный доступ. И все же конкуренция имеет огромные преимущества. Если благодаря ей будет быстрее найден способ лечить мышечную дистрофию, предотвращать СПИД и выявлять рак, то количество преждевременных смертей снизится. Можно привести пример, особенно актуальный сегодня: в 1894 году японский бактериолог Китасато Сибасабуро и его швейцарский соперник Александр Йерсен приехали в Гонконг в разгар эпидемии легочной чумы и, применяя различные методы, с разницей в несколько дней обнаружили бактерию, выступающую возбудителем болезни.

Фэн Чжан

Джордж Черч

Дженнифер Даудна

В жизни Даудны был один эпизод, когда конкуренция обострилась до предела, а затем привела к враждебности: это произошло в 2012 году, когда ученые стремились как можно скорее показать, как система CRISPR может редактировать геном человека. Возможно, по накалу эта борьба не дотягивает до схватки Чарльза Дарвина и Альфреда Рассела Уоллеса, которые одновременно пришли к идее об эволюции, или спора Ньютона и Лейбница о том, кто заложил основы математического анализа, но она точно сравнима с соперничеством Полинга с Уотсоном и Криком за право первым описать структуру ДНК.

Даудна вступила в борьбу, находясь в невыгодном положении, поскольку у нее не было команды экспертов по работе с клетками человека. Ее лаборатория не специализировалась на таких экспериментах, и трудились там в основном биохимики, изучавшие молекулы в пробирках. В результате бешеная гонка, растянувшаяся на целых полгода, оказалась для Даудны весьма непростой.

В соревновании приняли участие множество лабораторий со всего света, но главные роли в драме – не только научной, но также эмоциональной и личной – сыграли три исследователя. Всем им была свойственна соревновательность, но каждый имел собственные представления о том, насколько далеко готов зайти в конкурентной борьбе:

• Фэн Чжан из Института Брода при MIT и Гарварде. Он был честолюбив, как и любой блестящий исследователь, но отличался удивительной мягкостью, которая не позволяла ему идти напролом. Прекрасно воспитанный матерью, он отличался природной скромностью, которая часто скрывала его природные амбиции. Казалось, в нем довольно мирно сосуществуют два человека – честолюбивый и незлобивый. Приветливая улыбка редко сходила у него с лица, но несколько менялась, когда разговор касался конкурентной борьбы и значимости вклада, внесенного Даудной: в такие моменты его губы продолжали улыбаться, а глаза – нет. Чжан терялся, оказываясь в центре внимания, но его наставник Эрик Лэндер, блестящий и энергичный математик и исследователь, возглавляющий Институт Брода, подталкивал его бороться за признание своих заслуг и за совершение открытий.

• Джордж Черч из Гарварда, давний друг Даудны, который по крайней мере некоторое время считал себя наставником и научным руководителем Чжана. И внешне, и внутренне, насколько я могу судить, он был наименее честолюбивым из трех ученых. Веган с бородой, как у Санта-Клауса, он хотел с помощью генной инженерии вернуть на землю шерстистого мамонта и был движим озорным и искренним любопытством.

• И, наконец, Даудна, которая не только была честолюбива, но и не стеснялась этого. Это стало одной из причин охлаждения их отношений с Шарпантье, которая в некоторой степени забавлялась и гнушалась стремлением Даудны записывать заслуги на свой счет. “Порой она переживает из-за признания заслуг и кажется от этого неуверенной в себе и неспособной быть в полной мере благодарной за собственный успех, – говорит Шарпантье. – Я француженка, я не привыкла быть на взводе, и потому я всегда говорила ей: «Лови волну»”. Но стоит немного на нее надавить, как Шарпантье признает, что состязательность, свойственная Даудне, движет большинством пионеров науки и таким образом способствует развитию самой науки. “Не будь у нас таких амбициозных людей, как Дженнифер, наш мир был бы не столь хорош, – отмечает она. – Ведь хорошие вещи люди делают ради признания”[159]159
  Интервью автора с Эмманюэль Шарпантье.


[Закрыть].

Фэн Чжан

Глава 22. Фэн Чжан

Де-Мойн

Когда я впервые связался с Фэном Чжаном, чтобы попросить его о встрече, я нервничал. Я сказал ему, что работаю над книгой о Дженнифер Даудне, его сопернице, и полагал, что из-за этого у него пропадет охота со мной говорить, а может, он и вовсе прекратит со мной всякие контакты.

Но когда я встретился с ним в его лаборатории в Институте Брода неподалеку от MIT, где из высоких окон открывается вид на реку Чарльз и шпили Гарварда, Чжан был чрезвычайно любезен, как и впоследствии за нашими беседами, обедами и ужинами. Я не мог понять, насколько он искренен: может, он считал, что своим радушием убедит меня представить его в лучшем свете в книге? Впрочем, чем больше мы общались, тем сильнее я убеждался, что он приветлив от природы.

История Чжана, достойная отдельной книги, представляет собой классический рассказ об иммиграции, сделавшей Америку великой. Он родился в 1981 году в Шицзячжуане, промышленном городе к юго-западу от Пекина с населением 4,3 миллиона человек. Его мать преподавала информатику, а отец работал в администрации университета. Улицы города были увешаны обычными в Китае назидательными плакатами, на которых в том числе говорилось, что изучать науку – долг патриота. Чжан поверил в это. “В детстве я строил роботов из конструктора и обожал все, что имело отношение к науке”, – вспоминает он[160]160
  Интервью автора с Фэном Чжаном. При подготовке этого раздела также использованы следующие материалы: Eric Topol. Podcast interview with Feng Zhang // Medscape, 31 марта 2017 г.; Michael Specter. “The Gene Hackers” // New Yorker, 8 ноября 2015 г.; Sharon Begley. “Meet One of the World’s Most Groundbreaking Scientists” // Stat, 6 ноября 2015 г.


[Закрыть].

В 1991 году, когда Чжану было десять лет, его мать приехала в США по приглашению Университета Дебьюка, истинной жемчужины, расположенной в богатом на архитектурные изыски городе Айовы на берегу Миссисипи. Однажды она зашла в местную школу, где поразилась, увидев компьютерный класс и поняв, что учителя на уроках не делают акцент на зубрежке. Как и любая любящая мать, она постаралась взглянуть на школу глазами своего сына. “Она подумала, что мне понравится учиться в таком классе и в такой школе, а потому решила остаться и забрать меня с собой”, – говорит Чжан. Его мать устроилась на работу в компанию по производству бумаги в Де-Мойне, получила визу типа H-1B и на следующий год сумела привезти сына в США.

Вскоре за ними последовал и его отец, однако, поскольку он так и не освоил английский на должном уровне, главным локомотивом семьи стала мать Чжана. Именно она проложила дорогу в Америку, нашла работу, подружилась с коллегами и вызвалась настраивать компьютеры в местных благотворительных организациях. Благодаря ей и благодаря гостеприимству жителей маленьких городов в самом сердце страны, их семья всегда получала от соседей приглашения на День благодарения и другие праздники.

“Мама всегда говорила, чтобы я не высовывался и не зазнавался”, – вспоминает Чжан. Она передала сыну дар быть скромным, и он никогда не кичился. Но при этом она также научила его проявлять инициативу и не сидеть без дела. “Она подталкивала меня делать вещи самому, даже на компьютере, вместо того чтобы играть с тем, что сделали другие”. Многие годы спустя, когда я работал над этой книгой, мать Чжана на время переехала в Бостон к нему и его жене, чтобы помогать им с двумя маленькими детьми. Рассказывая о ней и вертя в руках гамбургер, заказанный в рыбном ресторане, Чжан опустил голову и сделал небольшую паузу. “Я точно буду скучать по ней, когда она уедет”, – очень тихо сказал он.

Сначала казалось, что Чжан пойдет по пути множества чрезвычайно умных детей 1990-х и станет компьютерным гением. Когда в двенадцать лет у него появился первый компьютер (на Windows, а не Mac OS), он научился разбирать его и использовать комплектующие для сборки других компьютеров. Он также в совершенстве овладел тонкостями операционной системы Linux с открытым кодом. Мама отправила его в компьютерный лагерь, а еще, чтобы точно обеспечить сыну успех, записала его в дискуссионный кружок. Так привилегированные родители расширяли возможности своих детей, когда геном еще не поддавался редактированию.

Однако, вместо того чтобы и дальше заниматься информатикой, Чжан стал одним из пионеров в той области, которая, думаю, скоро станет прибежищем многих юных гениев: он переключился с цифровых технологий на биотехнологии. Компьютерные коды писало поколение родителей Чжана. Его же больше интересовал генетический код.

Путь в биологию для Чжана начался с программы для одаренных детей из средних школ Де-Мойна, в рамках которой по субботам проводились дополнительные занятия по молекулярной биологии[161]161
  Galen Johnson. “Gifted and Talented Education Grades K — 12 Program Evaluation” // Des Moines Public Schools, сентябрь 1996 г.


[Закрыть]. “До тех пор я мало знал о биологии и не проявлял к ней интереса, потому что в седьмом классе нам просто выдавали поднос с лягушкой и говорили вскрывать ее и искать сердце, – вспоминает он. – Нужно было только все хорошо запоминать, никаких сложных задач перед нами не ставили”. На субботних занятиях рассказывали, что такое ДНК и как РНК выполняет ее инструкции, и уделяли особое внимание тому, какую роль в этом процессе играют ферменты, то есть белковые молекулы, выступающие катализаторами реакций в клетке. “Мой учитель любил ферменты, – говорит Чжан. – Он говорил мне, что всякий раз, когда в биологии возникает сложный вопрос, нужно отвечать: «Ферменты». Таков правильный ответ на большинство вопросов в биологии”.

На занятиях ученики проводили массу экспериментов, в том числе трансформируя бактерии, чтобы сделать их устойчивыми к антибиотикам. Они также смотрели вышедший в 1993 году фильм “Парк юрского периода”, в котором ученые оживляют динозавров, совмещая их ДНК с ДНК лягушек. “Я пришел в восторг, поняв, что животные могут быть программируемой системой, – рассказывает Чжан. – Это значило, что человеческий генетический код тоже мог быть программируемым”. И это было интереснее, чем Linux.

Чжан, мечтавший получать знания и делать открытия, на собственном примере показал, как с помощью программ для одаренных детей американский школьник может стать ученым мирового класса. В 1993 году Министерство образования США опубликовало исследование “О развитии американских талантов”, которое стимулировало финансирование местных школьных округов, “чтобы лучшие учащиеся ставили перед собой более амбициозные цели”. Тогда, несмотря на необходимость расходования налоговых средств, весьма серьезно подходили к созданию образовательной системы мирового уровня, которая позволит Америке оставаться мировым лидером в сфере инноваций. В частности, в Де-Мойне реализовывалась программа STING (“Исследования в сфере науки и технологий: новое поколение”), в рамках которой небольшая группа талантливых и целеустремленных учеников трудилась над собственными проектами и работала в местных больницах и исследовательских центрах.

Учитель, с которым Чжан занимался по субботам, помог ему пройти отбор, и Чжан стал в свободное время посещать лабораторию генетики в Методистской больнице Де-Мойна. Поскольку он был школьником, он работал под началом требовательного, но очень обаятельного специалиста по молекулярной биологии Джона Леви, который каждый день за чаем объяснял, что именно он делает, и доверял Чжану все более сложные эксперименты. Иногда Чжан приходил в лабораторию сразу после школы и работал до восьми вечера. “Моя милая мама каждый день приезжала за мной и ждала на парковке, пока я не закончу”, – говорит он.

Его первый крупный эксперимент был связан с фундаментальным инструментом молекулярной биологии – геном медузы, производящим зеленый флуоресцентный белок (ЗФБ), который светится в ультрафиолетовом свете и потому может быть использован в качестве маркера в экспериментах с клетками. Сначала Леви удостоверился, что Чжан понимает его базовое назначение в природе. Потягивая чай, он рисовал на бумаге схему и объяснял, зачем медузам флуоресцентный белок при перемещении между верхними и нижними слоями океана на разных этапах жизненного цикла. “Он нарисовал все так, что можно было представить и медуз, и океан, и чудеса природы”.

“[Леви] держал меня за руку, пока я проводил свой первый эксперимент, – вспоминает Чжан. – Я должен был поместить ген зеленого флуоресцентного белка в человеческие клетки меланомы (рака кожи)”. Это был простой, но интересный пример генной инженерии: Чжан внедрил ген одного организма (медузы) в клетки другого (человека) и увидел, что справился с задачей, когда измененные клетки стали источать синевато-зеленое свечение. “Я так обрадовался, что закричал: «Они светятся!»” Он трансформировал человеческий ген.

Следующие несколько месяцев Чжан изучал, может ли зеленый флуоресцентный белок, поглощающий ультрафиолет при свечении, защищать ДНК человеческих клеток от повреждения под воздействием ультрафиолета. Система работала. “Я использовал ЗФБ медузы в качестве защиты от солнца, чтобы оградить ДНК человека от повреждения под воздействием ультрафиолетового излучения”, – говорит он.

В рамках второго научного проекта под руководством Леви он разобрал вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий СПИД, и изучил, как работает каждый из его компонентов. Отчасти задача программ дополнительного образования в Де-Мойне состояла в том, чтобы помогать школьникам с проектами для участия в национальном конкурсе Intel Science Search. Эксперимент Чжана с вирусом принес ему третье место в соревновании и солидный приз в 50 тысяч долларов. Он пустил деньги на оплату обучения в Гарварде, куда поступил в 2000 году.

Гарвард и Стэнфорд

Чжан учился в Гарварде в одно время с Марком Цукербергом, и интересно порассуждать, кто из них сильнее повлиял на мир. Этим вопросом заменяется другой, более серьезный ответ на который дадут историки будущего: какая из революций – в цифровой среде или в сфере наук о жизни – окажется более важной?

Изучая параллельно физику и химию, Чжан сначала занимался исследованиями со специалистом по кристаллографии Доном Уайли, который мастерски умел описывать структуру сложных молекул. “Я ничего не понимаю в биологии, пока не узнаю, как это выглядит”, – часто повторял он, и этот девиз подходит всем специалистам по структурной биологии, от Уотсона и Крика до Даудны. Однако, когда Чжан учился на втором курсе, одним ноябрьским вечером Уайли, приехавший на конференцию в Детскую больницу святого Иуды в Мемфис, пропал при невыясненных обстоятельствах, бросив арендованную машину на мосту. Его тело впоследствии нашли в реке.

В тот год Чжан также поддерживал близкого друга и однокурсника, который погружался в серьезную депрессию. Его друг сидел в их комнате и занимался, а затем вдруг на него обрушивался приступ тревоги или депрессии, из-за которого он не мог ни подняться, ни пошевелиться. “Я слышал о депрессии, но думал, что она сродни плохому дню, который нужно перетерпеть, – говорит Чжан. – В моей семье ошибочно считалось, что психическое заболевание – это просто недостаток сил”. Чжан сидел с другом и следил, чтобы тот не наложил на себя руки. (Друг взял академический отпуск и выздоровел.) Столкнувшись с такой проблемой, Чжан решил сосредоточиться на исследовании методов лечения психических расстройств.

Поступив в магистратуру Стэнфорда, он попросился в лабораторию Карла Дейссерота, психиатра и нейробиолога, который искал способы пролить свет на работу мозга и нервных клеток, называемых нейронами. В паре с другим студентом магистратуры Чжан стал пионером оптогенетики – методики, основанной на стимуляции нейронов мозга при помощи света. Она позволила исследователям изучить механику некоторых процессов в мозге и понять, как происходит их корректная и некорректная работа.

Чжан сосредоточился на внедрении светочувствительных белков в нейроны, что перекликалось с проведенным им в школьные годы опытом по внедрению зеленого флуоресцентного белка в клетки кожи. Для доставки белков он использовал вирусы. Проводя один показательный эксперимент, он внедрил белки, которые активировались, когда на них падал свет, в мышиный мозг, а именно в конкретную область, отвечающую за движение. Посылая световые импульсы, исследователи активировали нейроны и заставляли мышей ходить кругами[162]162
  Edward Boyden, Feng Zhang, Ernst Bamberg, Georg Nagel, and Karl Deisseroth. “Millisecond-Timescale, Genetically Targeted Optical Control of Neural Activity” // Nature Neuroscience, 14 августа 2005 г.; Alexander Aravanis, Li-Ping Wang, Feng Zhang… and Karl Deisseroth. “An Optical Neural Interface: In vivo Control of Rodent Motor Cortex with Integrated Fiberoptic and Optogenetic Technology” // Journal of Neural Engineering, сентябрь 2007 г.


[Закрыть].

Чжан столкнулся с трудностями. Было сложно внедрить ген светочувствительных белков в точно определенное место в ДНК клетки мозга. Вся сфера генной инженерии буксовала из-за отсутствия простых молекулярных инструментов, необходимых, чтобы вырезать и вставлять желаемые гены в нити ДНК внутри клетки. Получив докторскую степень в 2009 году, Чжан занял в Гарварде позицию постдока и взялся за исследование доступных в то время инструментов для редактирования генома, таких как TALEN.

В Гарварде Чжан искал способы сделать системы TALEN более универсальными, чтобы их можно было программировать для работы с разными генетическими последовательностями[163]163
  Feng Zhang, Le Cong, Simona Lodato, Sriram Kosuri, George M. Church, and Paola Arlotta. “Efficient Construction of Sequence-Specific TAL Effectors for Modulating Mammalian Transcription” // Nature Biotechnology, 19 января 2011 г.


[Закрыть]. Было непросто, поскольку конструировать и перестраивать системы TALEN нелегко. К счастью, Чжан работал в самой интересной лаборатории Гарвардской медицинской школы, возглавляемой профессором, которого любили за готовность поддержать новые идеи, порой даже бездумно, и который создавал располагающую атмосферу и стимулировал исследования. Это был не кто иной, как давний друг Даудны, добродушный бородач Джордж Черч, живая легенда биологии и звезда мира науки. Для Чжана, как и почти для всех своих студентов, он стал заботливым и любимым наставником, которым и оставался, пока не счел, что Чжан его предал.