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

Глава 15. Caribou

От исследования до пациента

Хотя Даудна отказалась войти в мир корпоративной науки через Genentech, у нее осталось желание преобразовывать фундаментальные открытия, связанные с CRISPR, в инструменты, полезные в медицине. У нее появился шанс осуществить свой замысел, когда Виденхефт и Хорвиц открыли структуру Cas6.

Начинался новый виток ее карьеры: она искала способы превращать свои открытия в сфере CRISPR в инструменты, полезные в медицине. Хорвиц продвинула идею еще на шаг дальше. Если получится преобразовать Cas6 в медицинский инструмент, это может стать основой для создания компании. “Как только мы поняли, как работает белок Cas6, – говорит она, – мы стали думать, как украсть его у бактерий и приспособить для собственных нужд”[122]122
  Интервью автора с Дженнифер Даудной и Рейчел Хорвиц.


[Закрыть].

Большую часть XX века новые лекарства в основном разрабатывались благодаря открытиям в химии. Но запуск Genentech в 1976 году сместил фокус коммерциализации с химии на биотехнологии, которые предполагают внесение изменений в живые клетки, часто посредством генной инженерии, и создание на этой базе новых способов лечения. Genentech стала образцом для коммерциализации биотехнологических открытий: ученые и венчурные капиталисты привлекали капитал, разделяя доли участия, а затем заключали с ведущими фармацевтическими компаниями соглашения о лицензировании, производстве и выводе на рынок ряда совершаемых ими открытий.

Таким образом, биотехнологическая отрасль шла по пути цифровых технологий и размывала границы между научными исследованиями и бизнесом. В цифровой сфере такое слияние началось сразу после Второй мировой войны, и одним из главных его центров оказался Стэнфорд. Проректор университета Фредерик Терман подталкивал преподавателей превращать свои открытия в стартапы. На базе Стэнфорда возникли в том числе такие компании, как Litton Industries, Varian Associates и Hewlett-Packard, а затем Sun Microsystems и Google. Этот процесс помог превратить долину абрикосовых садов в Кремниевую долину.

В этот период многие другие университеты, включая Гарвард и Беркли, решили, что им будет уместнее и дальше заниматься фундаментальными исследованиями. Их преподаватели и проректоры оставались приверженцами традиций и брезговали связываться с коммерцией. Однако, став свидетелями успехов Стэнфорда в сфере информационных технологий, а затем и биотехнологий, они изменили свое отношение к предпринимательству. Исследователям настоятельно рекомендовали патентовать свои открытия, вступать в партнерства с венчурными капиталистами и создавать новые компании. “Часто такие компании поддерживают связь с университетами, тесно сотрудничают с преподавателями и постдоками в исследовательских проектах и иногда используют университетские лаборатории, – пишет профессор Гарвардской школы бизнеса Гэри Пизано. – Часто ученые, которые выступают их основателями, даже сохраняют за собой свои университетские должности”[123]123
  Gary Pisano. “Can Science Be a Business?” // Harvard Business Review, октябрь 2006 г.; Saurabh Bhatia. “History, Scope and Development of Biotechnology” // IPO Science, май 2018 г.


[Закрыть]. Так стала действовать и Даудна.

Стартап

Прежде Даудна и не думала о коммерциализации. Деньги никогда не были и так никогда и не стали основным мотивирующим фактором в ее жизни. Они с Джейми и Энди жили в просторном, хоть и не роскошном, доме в Беркли, и она не мечтала о большем. И все-таки ей нравилось участвовать в бизнесе, особенно если предприятие могло оказать непосредственное влияние на здоровье людей. Стартап, в отличие от Genentech, не имел корпоративной политики и не требовал, чтобы она простилась с университетской средой.

Хорвиц тоже прельщал бизнес. Она отлично справлялась с проведением экспериментов, но пришла к выводу, что не создана для работы в научно-исследовательской сфере, и стала посещать занятия в Школе бизнеса имени Уолтера Хааса при Беркли. Больше всего ей нравился курс венчурного капиталиста Ларри Ласки. Он разделил студентов на группы по шесть человек, где половину составляли будущие бизнесмены, а половину – ученые. Каждая группа разрабатывала серию презентаций для вымышленного биотехнологического стартапа, а затем в течение семестра готовилась к выступлению перед инвесторами. Хорвиц также посещала курс Джессики Хувер, которая руководила развитием бизнеса в биотехнологической компании, изучающей способы коммерциализации медицинских продуктов, включая получение и лицензирование патентов.

В последний год работы Хорвиц в лаборатории Даудна спросила, чем ей хотелось бы заняться дальше. “Я хочу управлять биотехнологической компанией”, – ответила Хорвиц. Такой ответ не вызвал бы удивления в Стэнфорде, где поощрялась коммерциализация исследований, но в Беркли, где большинство аспирантов нацеливалось на академическую карьеру, Даудна услышала такое впервые.

Через несколько дней Даудна пришла в лабораторию, чтобы поговорить с Хорвиц. “Я подумала, может, нам стоит основать компанию, чтобы найти применение Cas6 и некоторым другим ферментам CRISPR?” Хорвиц без колебаний ответила: “Конечно”[124]124
  Интервью автора с Рейчел Хорвиц и Дженнифер Даудной.


[Закрыть].

Так они и поступили. Компания была основана в октябре 2011 года и год базировалась в лаборатории Даудны, пока Хорвиц заканчивала учебу. Когда весной 2012 года Хорвиц получила докторскую степень, она стала президентом, а Даудна заняла должность главного научного советника молодого предприятия.

Идея заключалась в том, чтобы компания, которая переехала в небольшое здание в расположенном неподалеку торговом комплексе, занялась коммерциализацией патентов, связанных со структурой Cas6, а впоследствии и других открытий лаборатории Даудны. Первой ее задачей стало превращение Cas6 в диагностический инструмент, который сможет использоваться в медицинских учреждениях для обнаружения вируса в человеческом организме.

Компания

Даудна и Хорвиц основали свою компанию в 2011 году, когда в Беркли уже появились стимулы для ученых, ведущих предпринимательскую деятельность. Университет запустил несколько программ для развития стартапов, основанных студентами и преподавателями. Одним из них, учрежденным в 2000 году в партнерстве с другими кампусами Калифорнийского университета, расположенными в Области залива, был Калифорнийский институт количественных биологических наук (QB3), миссия которого заключалась в организации “каталитического партнерства университетских исследователей и частного сектора”. Даудну и Хорвиц выбрали для участия в разработанной QB3 программе Startup in a Box, в рамках которой ученые, желающие преобразовать свои фундаментальные открытия в коммерческие предприятия, проходили обучение, получали юридические консультации и пользовались банковскими услугами.

Однажды Даудна и Хорвиц отправились на электричке в Сан-Франциско, чтобы встретиться там с юристом, которого программа Startup in a Box привлекла для регистрации их новой компании. Когда он спросил, как будет называться компания, Хорвиц ответила: “Я обсудила это со своим парнем, и мы решили назвать ее Caribou”. В этом названии объединились фрагменты слова “Cas” и понятия “рибонуклеотиды”, которым обозначаются структурные элементы РНК и ДНК.

Хорвиц обладала талантами, которые демонстрируют далеко не все предприниматели из Кремниевой долины. Благодаря своей уравновешенности, она отлично справлялась с руководящей работой. Она была практичной, хладнокровной, рациональной и прямой. У нее не было и намека на комбинацию самолюбия и неуверенности в себе, которая характерна для многих директоров стартапов. Она была не склонна к преувеличениям и не создавала завышенных ожиданий. Это давало множество преимуществ, и одним из них было то, что люди, как правило, ее недооценивали.

С другой стороны, она никогда прежде не руководила компанией, поэтому ей нужно было многому научиться. Для этого она вступила в местную группу профессионального развития для молодых директоров предприятий, “Альянс генеральных директоров”, которая раз в месяц встречалась на полдня, чтобы поделиться проблемами и их решениями. Трудно представить, чтобы в такую группу поддержки вступили Стив Джобс или Марк Цукерберг, но Хорвиц, как и ее наставница Даудна, обладала самоосознанием и скромностью, которые редко встречаются у лидеров-мужчин. Среди прочего в “Альянсе” она научилась создавать команды из людей с разной квалификацией.

Сегодня одного появления слова CRISPR в информации о компании достаточно, чтобы венчурные капиталисты ринулись в бой. Даудне и Хорвиц, однако, не сразу повезло найти финансирование. “В то время тема молекулярной диагностики отпугивала венчурных капиталистов, – говорит Даудна. – И еще мне кажется, что к женщинам относятся предвзято, поэтому я опасалась, что если мы получим венчурный капитал, то Рейчел, возможно, сместят с поста директора”. Среди венчурных капиталистов, с которыми они встречались, женщин не было, а на дворе стоял 2012 год. Вместо того чтобы и дальше искать венчурные средства, они решили занять деньги у родственников и друзей. Кроме того, Даудна и Хорвиц сделали собственные вложения.

Треугольник

Казалось бы, быстрый успех Caribou Biosciences позволяет назвать компанию прекрасным примером работы чистого рыночного капитализма. И отчасти это действительно так. Но важно заглянуть глубже и отметить, что, как и во многих других компаниях, от Intel до Google, инновации стали продуктом характерно американской совокупности катализаторов.

Когда Вторая мировая война подходила к концу, великий инженер и государственный служащий Вэнивар Буш отметил, что работа американской инновационной машины требует трехстороннего партнерства государства, бизнеса и научного сообщества. Он лучше многих представлял себе этот треугольник, поскольку был связан со всеми тремя лагерями. Он руководил инженерным факультетом Массачусетского технологического института, был основателем Raytheon и осуществлял государственное администрирование науки, в том числе контролируя создание атомной бомбы[125]125
  Bush. “Science, the Endless Frontier”.


[Закрыть].

По мнению Буша, государству не следовало организовывать собственные крупные исследовательские лаборатории, как было сделано при запуске проекта по созданию атомной бомбы. Вместо этого нужно было финансировать университетские и корпоративные лаборатории. Это партнерство государства, бизнеса и университетов привело к появлению прекрасных инноваций – транзисторов, микросхем, компьютеров, графических пользовательских интерфейсов, GPS, лазеров, интернета и поисковых систем, которые двигали американскую экономику в послевоенный период.

Caribou стала примером такого подхода. Лаборатория Даудны находилась в Беркли – государственном университете, который получает поддержку от частных благотворителей и состоит в партнерстве с Национальной лабораторией имени Лоуренса, финансируемой из федерального бюджета. Национальные институты здоровья (НИЗ) предоставили Беркли гранты на сумму 1,3 миллиарда долларов для поддержки проводимых Даудной исследований систем CRISPR-Cas[126]126
  “Sparking Economic Growth” // The Science Coalition, апрель 2017 г.


[Закрыть]. Кроме того, сама Caribou получила от НИЗ федеральный грант по программе поддержки малых инновационных компаний и пустила эти 159 тысяч долларов на создание наборов инструментов для анализа РНК-белковых комплексов. Программа была разработана, чтобы помочь инноваторам превращать результаты фундаментальных исследований в коммерческие продукты. Она помогла Caribou продержаться в первые годы, пока не поступал венчурный капитал[127]127
  “Kit for Global RNP Profiling”. NIH award 1R43GM105087–01, for Rachel Haurwitz and Caribou Biosciences, 15 апреля 2013 г.


[Закрыть].

Есть и еще один элемент, который сегодня часто добавляют к триаде науки, государства и бизнеса, и это благотворительные фонды. В частности, Caribou получила 100 тысяч долларов от Фонда Билла и Мелинды Гейтс для финансирования работы над применением Cas6 в качестве инструмента диагностики вирусных инфекций. “Мы планируем создать набор ферментов, которые распознают РНК-последовательности, характерные для вирусов, включая ВИЧ, а также вирусы гепатита C и гриппа”, – написала Даудна в своей заявке на грант. Это стало прелюдией к тому гранту, который Даудна получила от Гейтса в 2020 году, когда деньги были выделены на исследование применения систем CRISPR в качестве инструмента для обнаружения коронавирусов[128]128
  Интервью автора с Дженнифер Даудной и Рейчел Хорвиц; Robert Sanders. “Gates Foundation Awards $ 100 000 Grants for Novel Global Health Research” // Berkeley News, 10 мая 2010 г.


[Закрыть].

Глава 16. Эмманюэль Шарпантье

Странница

Порой конференции имеют последствия. Весной 2011 года, приехав на одну из них в Пуэрто-Рико, Даудна случайно познакомилась с Эмманюэль Шарпантье, странствующим французским биологом, в которой чудесным образом сочетались загадочность и парижская безмятежность. Она тоже изучала CRISPR и главным образом занималась CRISPR-ассоциированным ферментом Cas9.

Сдержанная, но обаятельная Шарпантье повидала много городов и много лабораторий, получила множество степеней и прошла множество постдокторских программ, но старалась не пускать корни и не связывать себя обязательствами, всегда готовая собрать свои пипетки и переехать. В этом она была совсем непохожа на Даудну, и, возможно, именно поэтому они и нашли общий язык, пусть и главным образом в научной, а не в эмоциональной сфере. У них обеих были приятные улыбки, благодаря которым их броня оказывалась почти – хотя и не совсем – невидимой.

Шарпантье выросла на берегах Сены, в зеленом южном пригороде Парижа. Ее отец заведовал местными парками, а мать работала сестрой-хозяйкой в психиатрической больнице. Однажды, когда Шарпантье было двенадцать, они с матерью проходили мимо Института Пастера, парижского исследовательского центра, который специализируется на инфекционных болезнях, и она сказала: “Когда я вырасту, я буду здесь работать”. Через несколько лет, выбирая, в какой области сдавать экзамен по окончании школы перед поступлением в университет, она остановилась на естественных науках[129]129
  Интервью автора с Эмманюэль Шарпантье. При подготовке этой главы также использовались работы Uta Deffke. “An Artist in Gene Editing” // Max Planck Research Magazine, январь 2016 г.; “Interview with Emmanuelle Charpentier” // FEMS Microbiology Letters, 1 февраля 2018 г.; Alison Abbott. “A CRISPR Vision” // Nature, 28 апреля 2016 г.; Kevin Davies. “Finding Her Niche: An Interview with Emmanuelle Charpentier” // CRISPR Journal, 21 февраля 2019 г.; Margaret Knox. “The Gene Genie” // Scientific American, декабрь 2014 г.; Jennifer Doudna. “Why Genome Editing Will Change Our Lives” // Financial Times, 24 марта 2018 г.; Martin Jinek, Krzysztof Chylinski, Ines Fonfara, Michael Hauer, Jennifer Doudna, and Emmanuelle Charpentier. “A Programmable Dual-RNA – Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity” // Science, 17 августа 2012 г.


[Закрыть].

Эмманюэль Шарпантье

Она также проявляла интерес к искусству. Она брала уроки игры на фортепиано у соседа, концертирующего музыканта, и долгое время – даже после двадцати лет – занималась балетом, всерьез рассматривая возможность стать профессиональной танцовщицей. “Мне хотелось быть балериной, но в конце концов я поняла, что слишком рискую, выбирая такую карьеру, – говорит она. – Мне не хватало нескольких сантиметров роста, а всякий раз, когда я распрямляла правую ногу, о себе напоминала проблема со связками”[130]130
  Интервью автора с Эмманюэль Шарпантье.


[Закрыть].

Впоследствии она поняла, что некоторые уроки из сферы искусств вполне применимы в науке. “Методология играет важную роль в обеих сферах, – отмечает она. – И там и там нужно знать основы и овладевать методами. Это требует настойчивости – эксперименты приходится повторять по несколько раз, оттачивая методы подготовки ДНК при клонировании гена, а затем делать все снова и снова. Таким образом отрабатываются навыки, и это напоминает тяжкий труд балерин, изо дня в день повторяющих одни и те же движения и техники”. Кроме того, науку с искусством роднит и то, что, освоив базовые приемы, ученый должен обращаться к творчеству. “Без строгости и дисциплины не обойтись, – поясняет Шарпантье, – но нужно также понимать, когда следует давать себе волю и подключать творческий подход. В биологических исследованиях я нашла идеальный баланс настойчивости и творчества”.

Верная слову, оброненному в разговоре с матерью, она поступила в аспирантуру Института Пастера, где узнала, как бактерии становятся невосприимчивыми к антибиотикам. В лаборатории она чувствовала себя как дома. Там можно было упорно и вдумчиво идти вперед, и креативная и независимая Шарпантье прокладывала путь к собственным открытиям. “Я начала считать себя ученым, а не просто студенткой, – говорит она. – Мне хотелось преумножать знания, а не просто постигать мир”.

Получив докторскую степень, Шарпантье превратилась в скиталицу. Она устроилась в лабораторию микробиолога Элейн Туоманен, которая изучала, как бактерии, вызывающие пневмонию, становятся устойчивыми к антибиотикам, благодаря наличию подвижных ДНК-последовательностей. Лаборатория находилась в Рокфеллеровском университете на Манхэттене, но в день своего приезда Шарпантье узнала, что Туоманен переводит лабораторию вместе с постдоками в Детскую клиническую больницу святого Иуды в Мемфисе. Там Шарпантье работала с Роджером Новаком, который также занимал позицию постдока в лаборатории Туоманен, и на некоторое время он стал ее спутником жизни, а затем – партнером по бизнесу. В Мемфисе они вместе с Туоманен написали важную статью, в которой показали, как антибиотики, например пенициллин, активируют в бактериях самоубийственные ферменты, разрушающие стенки их клеток[131]131
  Интервью автора с Роджером Новаком и Эмманюэль Шарпантье; Rodger Novak, Emmanuelle Charpentier, Johann S. Braun, and Elaine Tuomanen. “Signal Transduction by a Death Signal Peptide Uncovering the Mechanism of Bacterial Killing by Penicillin” // Molecular Cell, 1 января 2000 г.


[Закрыть].

Странница в душе, Шарпантье всегда была готова менять города и темы, и переезд к тому же ускорило неприятное биологическое открытие, которое она сделала в Мемфисе: комары на Миссисипи любят французскую кровь. Кроме того, ей хотелось переключиться с изучения геномов одноклеточных микробов, таких как бактерии, на геном млекопитающих, главным образом мышей. В результате она перешла в лабораторию Нью-Йоркского университета, где написала статью о том, как воздействовать на гены мышей для контроля за ростом волос. Она провела и третье постдокторское исследование, в рамках которого вместе с Новаком изучала роль малых молекул РНК в регулировании экспрессии генов бактерии Streptococcus pyogenes, вызывающей кожные инфекции и стрептококковый фарингит[132]132
  Emmanuelle Charpentier… Pamela Cowin, et al. “Plakoglobin Suppresses Epithelial Proliferation and Hair Growth in Vivo” // Journal of Cell Biology, май 2000 г.; Monika Mangold… Rodger Novak, Richard Novick, Emmanuelle Charpentier, et al. “Synthesis of Group A Streptococcal Virulence Factors Is Controlled by a Regulatory RNA Molecule” // Molecular Biology, 3 августа 2004 г.; Davies. “Finding Her Niche”; Philip Hemme. “Fireside Chat with Rodger Novak” // Refresh Berlin, 24 мая 2016 г., Labiotech.eu.


[Закрыть].

Прожив шесть лет в США, в 2002 году она вернулась в Европу и возглавила лабораторию микробиологии и генетики в Венском университете. На месте ей, однако, не сиделось. “Люди в Вене слишком хорошо друг друга знали, – говорит она, и сразу ясно, что ей это казалось не плюсом, а минусом. – Там не было динамики, а структуры оказывались слишком жесткими”. К моменту знакомства с Даудной в 2011 году она распрощалась с большинством исследователей из своей лаборатории и одна переехала в Умео на севере Швеции. Умео не был похож на Вену. Город расположен в 650 километрах к северу от Стокгольма, а его университет, построенный в 1960 году, состоит из нескольких модернистских зданий, стоящих на земле, где раньше паслись стада северных оленей. Университет Умео славится главным образом исследованиями деревьев. “Да, я сделала рискованный шаг, – признает Шарпантье, – но получила возможность думать”.

С тех пор как в 1992 году Шарпантье поступила в Институт Пастера, она успела поработать в десяти институтах, расположенных в семи городах пяти стран. Ее кочевой образ жизни отражал – и подчеркивал – свойственное ей неприятие обязательств. Не имея ни мужа, ни семьи, она меняла обстановку и адаптировалась к новым условиям, не обремененная никакими личными связями. “Мне нравится свобода, нравится быть одной и не зависеть от партнеров”, – говорит она. Она терпеть не могла выражение “баланс работы и личной жизни”, ведь оно подразумевало, что работа конкурирует с личной жизнью. Работа в лаборатории и “страсть к науке”, по словам Шарпантье, принесли ей “счастье, которое сравнимо с любой другой страстью”.

Подобно изучаемым организмам, она проявляла изобретательность, приспосабливаясь к новым условиям. “Порой моя тяга к перемещениям выводит меня из равновесия, но порой и приносит пользу, – говорит она. – Она не дает мне угодить в ловушку”. Переезжая с места на место, Шарпантье снова и снова пересматривала свои исследования и заставляла себя начинать все с чистого листа. “Чем чаще человек переезжает, тем легче ему проводить анализ, рассматривая каждую ситуацию как новую, и замечать то, что не могут разглядеть другие люди, давно не покидавшие систему”.

Из-за переездов Шарпантье большую часть времени чувствовала себя чужестранкой, прямо как юная Дженнифер Даудна на Гавайях. “Очень важно знать, каково это – быть чужаком, – отмечает Шарпантье. – Ты никогда не чувствуешь себя как дома, и это мотивирует. Это подталкивает тебя не замыкаться в своей зоне комфорта”. Как и многие другие наблюдательные и творческие люди, она обнаружила, что некоторая отстраненность и легкая отчужденность научили ее лучше анализировать ситуацию, что помогало ей жить по завету самого Луи Пастера: “Будь готов к неожиданностям”.

Этим отчасти и объясняется тот факт, что Шарпантье относится к той когорте ученых, которые одновременно кажутся и сосредоточенными, и растерянными. Безупречно ухоженная и непринужденно элегантная даже в седле велосипеда, она также воплощает стереотип рассеянного профессора. Когда я прилетел на встречу с ней в Берлин, куда она переехала из Умео, она приехала ко мне в гостиницу на велосипеде, опоздав на несколько минут. Оказалось, что утром она вернулась из Мюнхена и, уже выходя с вокзала, поняла, что забыла в поезде свой чемодан. Каким-то образом она догнала поезд на конечной станции, забрала чемодан и приехала ко мне. Когда мы направились к ней в лабораторию в Институте инфекционной биологии Общества Макса Планка при авторитетной клинической больнице “Шарите”, расположенной в центре Берлина, Шарпантье целенаправленно шагала с велосипедом по улице, пока через несколько кварталов не поняла, что идет не туда. На следующий день, когда мы с другом пригласили ее на выставку в художественный музей, она умудрилась потерять входной билет, пока шла от кассы ко входу, а когда мы пришли поужинать в тихий японский ресторан, она забыла там свой телефон. И все же, когда мы сидели в ее кабинете в лаборатории или неспешно наслаждались суши, она говорила часами, оставаясь при этом в высшей степени сосредоточенной.

tracгРНК

В 2009 году, когда Шарпантье покинула Вену и отправилась в Умео, исследователи CRISPR в основном изучали Cas9 как самый интересный из CRISPR-ассоциированных ферментов. Ученые показали, что при отключении Cas9 в бактерии система CRISPR перестанет разрезать атакующие вирусы. Они также установили ключевую роль другой части комплекса – CRISPR-РНК, или сгРНК. Это маленькие фрагменты РНК, содержащие часть генетической информации вируса, атаковавшего бактерию в прошлом. Такие cгРНК направляют ферменты Cas в атаку, когда вирус снова пытается осуществить вторжение. Два описанных элемента составляют ядро системы CRISPR: маленький фрагмент РНК выступает в качестве гида, а фермент действует на манер ножниц.

Но в системе CRISPR-Cas9 был и еще один компонент, выполняющий принципиально важную функцию – или, как оказалось, даже две функции. Его назвали “трансактивирующей CRISPR-РНК”, или tracгРНК. Запомните эту крошечную молекулу, ведь она сыграет несоразмерную роль в нашей истории. Дело в том, что наука обычно продвигается вперед не большими скачками, а маленькими шагами. И многие споры в науке сводятся к тому, кто сделал каждый из этих шагов и насколько каждый из них оказался важен. Именно так получилось с открытиями, связанными с tracгРНК.

Как выяснилось, tracгРНК выполняет две важные задачи. Во-первых, она инициирует создание cгРНК, то есть той последовательности, в которой содержится воспоминание о вирусе, ранее атаковавшем бактерию. Во-вторых, она служит рукояткой, с помощью которой происходит прикрепление к атакующему вирусу, чтобы cгРНК могла найти нужное место, где ферменту Cas9 предстоит сделать разрез.

Изучение этих функций tracгРНК началось в 2010 году, когда Шарпантье заметила, что молекула регулярно появляется в ее экспериментах с бактериями. Ее функция оставалась загадкой, но Шарпантье обратила внимание, что молекула находится в непосредственной близости от спейсеров CRISPR, и предположила, что между ними есть связь. Она проверила эту гипотезу, удалив tracгРНК в некоторых бактериях. В результате в них перестали появляться cгРНК. Ученые тогда еще не знали, как именно cгРНК создаются в бактериальной клетке. Теперь у Шарпантье появилась гипотеза: за создание коротких cгРНК отвечала tracгРНК.

В то время Шарпантье переезжала в Швецию. Когда исследователи из венской лаборатории прислали ей письмо с результатами наблюдений и сообщили, что в отсутствие tracгРНК не производится cгРНК, она потратила целую ночь на составление длинного плана дальнейших экспериментов. “Я зациклилась на этой tracгРНК, – говорит она. – Я упряма. Мне важно доводить дела до конца. Я сказала: «Мы должны пойти дальше! Я хочу, чтобы кто-нибудь занялся этим»”[133]133
  Интервью автора с Эмманюэль Шарпантье.


[Закрыть].

Проблема заключалась в том, что в ее венской лаборатории ни у кого не было ни времени, ни желания изучать tracгРНК. С этим часто сталкиваются странствующие профессора: стоит им покинуть своих студентов, как те двигаются дальше и начинают заниматься другими вещами.

Шарпантье подумывала провести эксперименты сама, хотя ее переезд и был в разгаре, но в конце концов нашла добровольца в своей венской лаборатории: ею стала юная болгарская студентка магистерской программы Елица Делчева. “Елица была очень активной и верила в меня, – говорит Шарпантье. – Она понимала, что происходит, хотя еще не получила и магистерской степени”. Она даже привлекла к работе одного из аспирантов, Кшиштофа Хылинского.

Маленькая команда Шарпантье обнаружила, что система CRISPR-Cas9 осуществляет свою миссию по защите от вирусов, задействуя всего три компонента: tracгРНК, cгРНК и фермент Cas9. Сначала tracгРНК разбивает длинные фрагменты РНК на малые cгРНК, а затем эти cгРНК направляются к конкретным последовательностям в геноме атакующего вируса. Ученые написали статью, которая в марте 2011 года была опубликована в журнале Nature: Делчева в ней значилась главным автором, а имена аспирантов, отказавшихся помогать Шарпантье, в историю не вошли[134]134
  Elitza Deltcheva, Krzysztof Chylinski… Emmanuelle Charpentier, et al. “CRISPR RNA Maturation by Trans-encoded Small RNA and Host Factor RNase III” // Nature, 31 марта 2011 г.


[Закрыть].

Остаток загадки

Шарпантье представила результаты на посвященной CRISPR конференции, прошедшей в октябре 2010 года в Нидерландах. Редакторы Nature не спешили принимать статью, а объявлять об открытии до публикации было рискованно. И все же Шарпантье предположила, что среди слушателей может оказаться тот из рецензентов журнала, кто убедит редколлегию ускорить процесс.

Во время выступления она волновалась, поскольку еще не установила, что происходит с tracгРНК после создания cгРНК. Ограничивается ли этим ее роль? Или же две малые РНК вместе направляют белок Cas, который затем разрезает атакующий вирус? Один из слушателей задал прямой вопрос: “Остаются ли три элемента вместе, образуя комплекс?” Шарпантье попыталась уйти от ответа. “Я смеялась и намеренно говорила загадками”, – признается она.

Этот вопрос – и то, что было известно Шарпантье, – может показаться запутанным. Однако он привел к серии диспутов, которые показывают, что исследователи CRISPR – и в частности, Даудна – очень трепетно относятся к тому, чтобы знать, кому именно мы обязаны каждым маленьким прорывом. Тот факт, что tracгРНК действительно никуда не исчезает и играет важную роль в разрезании, позже войдет в число открытий, опубликованных в исторической статье 2012 года, написанной Шарпантье в соавторстве с Даудной. Однако, к досаде Даудны, по прошествии нескольких лет Шарпантье порой будет намекать, что ей было известно об этом еще в 2011 году.

Когда я надавил на нее, Шарпантье признала, что в ее статье 2011 года, опубликованной в Nature, роль tracгРНК не была описана целиком: “Мне казалось очевидным, что tracгРНК должна оставаться с cгРНК, но некоторых деталей мы еще не понимали в полной мере и потому не стали писать об этом в статье”. Она решила, что опишет функцию tracгРНК тогда, когда найдет убедительный способ доказать свои выкладки экспериментальным путем.

Она изучала систему CRISPR в живых клетках. Чтобы сделать следующий шаг, нужно было заручиться поддержкой биохимиков, которые смогут изолировать химические компоненты системы в отдельных пробирках и выяснить, как именно работает каждый из них. Именно поэтому Шарпантье хотела познакомиться с Даудной – та в марте 2011 года должна была выступить на конференции Американского общества микробиологии в Пуэрто-Рико. “Я знала, что мы обе там будем, – говорит она, – и решила, что обязательно найду возможность с ней поговорить”.

Пуэрто-Рико, март 2011 года

Когда на второй день конференции Дженнифер Даудна вошла в кафе при гостинице в Пуэрто-Рико, Эмманюэль Шарпантье сидела за столиком в углу – в одиночестве, как ей и нравилось, – и выглядела гораздо элегантнее других посетителей. Даудну сопровождал ее приятель Джон ван дер Ост, голландский исследователь CRISPR, который показал на Шарпантье и спросил, не хочет ли Даудна, чтобы он их познакомил. “Было бы здорово, – ответила Даудна. – Я читала ее статью”[135]135
  Интервью автора с Эмманюэль Шарпантье, Дженнифер Даудной и Эриком Зонтхаймером; Doudna and Sternberg. A Crack in Creation. P. 71–73.


[Закрыть].

Шарпантье показалась Даудне очаровательной: ее отличали легкая стеснительность – возможно, притворная, – прекрасное чувство юмора и несомненное обаяние. “Меня поразили ее напор и лукавый юмор, – говорит Даудна. – Она мне сразу понравилась”. Они поболтали несколько минут, а затем Шарпантье предложила встретиться для более серьезной беседы. “Я хотела предложить вам поработать вместе”, – сказала она.

На следующий день они встретились за обедом и затем прошлись по мощеным улицам Сан-Хуана. Когда речь зашла о Cas9, Шарпантье воодушевилась. “Нам нужно выяснить, как именно он работает, – заявила она. – Какой именно механизм он использует, чтобы разрезать ДНК?”

Шарпантье понравилось, что Даудна очень серьезна и внимательна к деталям. “Думаю, работать с вами будет интересно”, – сказала она. Даудне импонировало рвение Шарпантье. “Стоило ей сказать, что работать со мной будет интересно, как у меня по спине пробежал холодок”, – вспоминает она. Даудну соблазняло и то, что грядущая работа напоминала детективную историю, участие в которой придавало ее жизни смысл: она искала ключ к одной из главных загадок жизни.

Накануне отъезда в Пуэрто-Рико Даудна обсуждала карьерные планы с Мартином Йинеком, работающим в ее лаборатории постдоком, который изучал структуру Cas1 и Cas6. Йинек сомневался – как оказалось, совершенно зря, – что добьется успеха в науке, и подумывал стать редактором медицинского журнала. Но в конце концов он отказался от этого плана. “Пожалуй, я останусь у вас в лаборатории еще на год, – сказал он. – Что вы мне поручите?” Он подчеркнул, что больше всего ему хочется найти собственный проект, связанный с исследованиями CRISPR.

Выслушав предложение Шарпантье, Даудна сочла, что такой проект идеально подойдет для Йинека. “У меня есть замечательный биохимик, который также разбирается в структурной биологии”, – сказала она Шарпантье[136]136
  Интервью автора с Дженнифер Даудной и Мартином Йинеком. См. также: Kevin Davies, interview with Martin Jinek // CRISPR Journal, апрель 2020 г.


[Закрыть]. Они решили связать Йинека с постдоком из лаборатории Шарпантье, работавшим над ее более ранней статьей о Cas9, Кшиштофом Хылинским, специалистом по молекулярной биологии из Польши, который остался в Вене, когда Шарпантье переехала в Умео. Вместе эти четверо сделали одно из главных открытий в современной науке.

Эмманюэль Шарпантье, Дженнифер Даудна, Мартин Йинек и Кшиштоф Хылинский в Беркли, 2012 г.