Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества - Уолтер Айзексон

в научной сфере”, – говорит он. На одном из отрезков пути он встретил парня, который завалил его серьезными вопросами о науке. “В ходе этого разговора, – вспоминает Мирвольд, – мне стало ясно, что я люблю заниматься вопросами, непосредственно связанными со здоровьем людей”.

В результате он решил устроиться постдоком в лабораторию гарвардского биолога Пардис Сабети, которая с помощью компьютерных алгоритмов анализирует эволюцию болезней. Она родилась в Тегеране и еще девочкой вместе с семьей бежала в Америку во время Иранской революции. Работая в Институте Брода, она тесно сотрудничает с Фэном Чжаном. “Я рассудил, что работа в лаборатории Пардис вместе с Фэном Чжаном станет отличной возможностью поучаствовать в борьбе с вирусами”, – говорит Мирвольд. Таким образом он вошел в бостонский круг Чжана и стал одним из участников CRISPR-войн с кругом Дженнифер Даудны из Беркли.

Учась в аспирантуре Гарварда, Мирвольд подружился со студентами Джонатаном Гутенбергом и Омаром Абудайе, которые работали с Чжаном над CRISPR-Cas13. Всякий раз, заглядывая в лабораторию Чжана, чтобы поработать на секвенаторе, он обменивался с ними новыми идеями. “Тогда я понял, что эти парни – особенные, – говорит Мирвольд. – Мы нашли способы использовать Cas13 для обнаружения разных последовательностей РНК, и мне показалось, что это открыло нам классные возможности”.

Когда Мирвольд предложил Сабети начать сотрудничество с лабораторией Чжана, она обрадовалась, поскольку между их исследовательскими группами установилось прекрасное взаимопонимание. В результате сформировалась по-американски многообразная команда мечты: Гутенберг, Абудайе, Чжан, Мирвольд, Сабети.

Они вместе работали над вышедшей в 2017 году статьей Чжана с описанием системы SHERLOCK для обнаружения РНК-содержащих вирусов[543]. На следующий год в другой статье они показали, как дополнительно упростить процесс SHERLOCK[544]. Эта работа вышла в том же номере журнала Science, что и статья лаборатории Даудны с описанием инструмента для обнаружения вирусов, разработанного Чен и Харрингтоном.

Кроме применения CRISPR-Cas13 для выявления вирусов, Мирвольд заинтересовался преобразованием системы в терапевтический препарат, способный избавляться от вирусов. “Существуют сотни вирусов, которые могут заражать людей, но лекарства есть только для нескольких, – говорит он. – Отчасти это объясняется тем, что вирусы сильно отличаются друг от друга. Что, если создать систему, которую можно будет запрограммировать на противодействие разным вирусам?”[545]

Генетическим материалом большинства вирусов, опасных для человека, включая коронавирус, является РНК. “Это именно тот тип вирусов, для которого хочется иметь CRISPR-ассоциированный фермент, нацеленный на РНК, такой как Cas13”, – говорит он. В результате он нашел способ использовать CRISPR-Cas13, чтобы система служила людям так же, как бактериям: находила опасный вирус и разрезала его. Не отступая от традиции, сложившейся в мире CRISPR, он назвал перспективную технику Cas13-assisted restriction of viral expression and readout (“ограничение размножения и передачи информации у вирусов с помощью Cas13”) и предложил использовать аббревиатуру CARVER.

В декабре 2016 года, вскоре после того, как он занял место постдока в лаборатории Сабети, Мирвольд отправил Сабети письмо с отчетом о первых экспериментах, в которых он применил CARVER для уничтожения вируса, вызывающего симптомы менингита или энцефалита. Его данные показывали, что количество вируса при использовании описанной техники значительно снижалось[546].

Сабети получила грант DARPA на изучение системы CARVER как способа уничтожения вирусов в организме человека[547]. Мирвольд и другие сотрудники ее лаборатории провели компьютерный анализ более 350 геномов РНК-содержащих вирусов, представляющих опасность для человека, и выявили так называемые консервативные последовательности, то есть последовательности, которые одинаковы у многих вирусов. Эти последовательности не изменились в ходе эволюции и потому вряд ли мутируют и исчезнут в ближайшем будущем. Команда Мирвольда синтезировала целый арсенал направляющих РНК, нацеленных на эти последовательности. После этого Мирвольд проверил способность Cas13 останавливать три вируса, включая один тип, вызывающий тяжелый грипп. В клеточных культурах в лаборатории система CARVER тоже смогла существенно снизить количество вирусов[548].

Их статья была опубликована онлайн в октябре 2019 года. “Наши результаты показывают, что Cas13 можно нацеливать на широкий спектр однонитевых РНК-содержащих вирусов, – написали они. – Программируемая антивирусная технология позволит организовать быструю разработку антивирусных средств, которые будут уничтожать известные и недавно выявленные патогены”[549].

Через несколько недель после выхода статьи о CARVER в Китае зарегистрировали первые случаи заражения COVID-19. “Это был один из тех моментов, когда понимаешь, что твоя работа может оказаться гораздо важнее, чем ты думал”, – говорит Мирвольд. Он создал на своем компьютере новую папку, которую назвал nCov, или “новый коронавирус”, поскольку официального названия у вируса еще не было.

К концу января они с коллегами уже изучили последовательность генома коронавируса и приступили к разработке на базе CRISPR тестов для его обнаружения. В результате весной 2020 года вышла целая масса статей по совершенствованию созданных на базе CRISPR технологий обнаружения вирусов. Среди них была система CARMEN, разработанная для выявления сразу 169 вирусов[550], а также процесс, объединяющий средство обнаружения SHERLOCK с методом выделения РНК под названием HUDSON в одноступенчатую технику обнаружения вирусов, которую назвали SHINE[551]. Институт Брода не только мастерски работал с CRISPR, но и мастерски придумывал аббревиатуры.

Мирвольд решил, что лучше будет тратить время на разработку средств обнаружения вирусов, чем на создание препаратов вроде CARVER для уничтожения вирусов. В начале 2021 года он занял должность в Принстоне и начал переводить туда свою лабораторию. “Думаю, в долгосрочной перспективе нам нужны препараты, – говорит он, – но я решил, что диагностику мы точно сможем обеспечить быстро”.

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

Стэнли Ци и PAC – MAN

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

Там он оказался в лаборатории Даудны, которая стала одним из двух его научных руководителей. Вместо того чтобы сосредоточиться на редактировании