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

Даудны. Она пришла туда в 2008 году и вскоре присоединилась к работе над CRISPR, не устояв перед обаянием и безграничным энтузиазмом Блейка Виденхефта, увлеченного странными бактериями. “Когда я начала работать с Блейком, я почти ничего не знала о CRISPR, поэтому я прочла все статьи, опубликованные на эту тему, – вспоминает она. – На это у меня ушло всего часа два. Ни Блейк, ни я тогда еще не подозревали, что мы стоим на крошечной верхушке айсберга”[108].

В начале 2009 года Хорвиц сидела дома и готовилась к квалификационному экзамену для получения докторской степени, когда узнала, что Даудна решила уйти из Genentech и вернуться в Беркли. Это было к лучшему. Хорвиц планировала последовать за Даудной, хотя ей очень хотелось остаться в Беркли и работать над диссертацией о CRISPR вместе с Виденхефтом. Их объединял не только интерес к биохимии, они обе любили проводить время на природе, и Виденхефт даже помог Хорвиц разработать новый режим питания и тренировок, чтобы она снова смогла бегать марафонские дистанции.

Даудна замечала в Хорвиц некоторое сходство с собой: изучение CRISPR было рискованным делом, ведь область только зарождалась, и именно это привлекало Хорвиц. “Ей нравилось, что сфера была совсем новой, хотя большинство студентов это испугало бы, – говорит Даудна. – И я сказала ей: «Дерзай»”.

После того как Виденхефт смог воссоздать структуру Cas1, он решил провести аналогичную операцию с пятью остальными CRISPR-ассоциированными белками, которые содержались в изучаемых бактериях. С четырьмя из них сложностей не возникло. Но Cas6[109] оказался крепким орешком, поэтому Виденхефт привлек к работе Хорвиц. “Он передал мне трудного ребенка”, – говорит она.

Сложность объяснялась тем, что секвенированный геном бактерии был неверно аннотирован в учебниках и базах данных. “Блейк понял, что у нас ничего не выходит, потому что в первую часть закралась ошибка”, – поясняет Хорвиц. Как только они поняли, в чем загвоздка, у них получилось синтезировать Cas6 в лаборатории[110].

Далее необходимо было выяснить, что он делает и как. “Я обратилась к двум дисциплинам, которыми занимается лаборатория Даудны, – рассказывает Хорвиц, – биохимия помогла установить, какова его функция, а структурная биология позволила понять, как он выглядит”. Биохимические эксперименты показали, что задача Cas6 заключается в том, чтобы цепляться к длинным РНК, создаваемым массивом CRISPR, и разрезать их, формируя более короткие фрагменты CRISPR-РНК, которые берут на прицел ДНК атакующих вирусов.

После этого нужно было изучить структуру Cas6, которая объяснила бы, как именно он работает. “Тогда ни у Блейка, ни у меня еще не хватало навыков, чтобы самостоятельно заниматься структурной биологией, – говорит Хорвиц, – поэтому я окликнула Мартина Йинека, сидевшего за соседним столом, и попросила его присоединиться к проекту и показать нам, как это делается”.

Они обнаружили нечто необычное. Cas6 цепляется к РНК таким способом, который, если верить учебникам, вовсе не должен работать: он находит в РНК подходящую последовательность, которая имеет в своей структуре место для того, чтобы Cas6 мог к ней прицепиться. “Ни один из других известных нам белков Cas не был на такое способен”, – отмечает Хорвиц. Благодаря этому Cas6 распознавал нужное место и точно делал разрез, не повреждая остальную РНК.

В своей статье они назвали это “неожиданным механизмом распознавания”. Существовала “РНК-шпилька”, где Cas6 мог взаимодействовать с той самой последовательностью, которая была ему нужна. И снова особенности формы молекулы стали ключом к тому, чтобы выяснить, как именно она работает[111].

Сэм Стернберг

В начале 2008 года Сэм Стернберг был принят в аспирантуру многих ведущих университетов, включая Гарвард и Массачусетский технологический институт. Он решил пойти в Беркли, потому что ранее встречался с Даудной и хотел вместе с ней заниматься изучением структур РНК. Но в итоге он отложил начало учебы, чтобы завершить работу над научной статьей об исследовании, которое проводил, пока был студентом Колумбийского университета[112].

В этот период он с удивлением узнал о том, что Даудна внезапно решила перейти в Genentech, а затем столь же внезапно вернулась в университет. Опасаясь, что он сделал неверный выбор, Стернберг написал ей и спросил, насколько она предана Беркли. “Я не рискнул спросить у нее лично, потому что слишком волновался”, – признает он. Даудна заверила его, что теперь не сомневается, что ее место в Беркли. “[Ответ] был достаточно убедительным, так что я решил не менять своих планов учиться именно там”[113].

Хорвиц пригласила Стернберга на первый седер Песаха, который устроила дома, где жила со своим парнем. Но говорили на седере в основном о системах CRISPR. “Я все просил рассказать ее о том, какие эксперименты она проводит”, – говорит Стернберг. Хорвиц показала ему свою незаконченную статью о ферментах Cas, и Стернберг оказался на крючке. “После этого я дал Дженнифер понять, что не хочу и дальше заниматься РНК-интерференцией, – говорит он. – Я сказал, что хочу работать над этими новыми CRISPR”.

Посетив лекцию профессора Колумбийского университета Эрика Грина об одномолекулярной флуоресцентной микроскопии, Стернберг очень осторожно спросил Даудну, можно ли ему попробовать применить этот метод к одному из белков CRISPR-Cas. “О боже, да, – ответила она. – Несомненно”. Она любила такие рискованные шаги. Она всегда добивалась успеха в науке, составляя из маленьких деталей большие картины, и ее тревожило, что Стернберг берется лишь за скромные задачи в сфере CRISPR. Отметив, что он умен и талантлив, Даудна сказала ему прямо: “Сейчас вы используете свой потенциал не в полной мере. Вы пока не беретесь за проекты, на которые способен студент вашего уровня. Но зачем мы занимаемся наукой? Мы занимаемся ею, чтобы отвечать на серьезные вопросы и идти на риски. Если ничего не пробовать, прорыва не произойдет”[114].

Ее слова убедили Стернберга. Он спросил у нее разрешения на неделю уехать в Колумбийский университет, чтобы лучше изучить нужную технику. “Она не просто отправила меня в недельную поездку, чтобы я мог опробовать [технику], а оплатила целых шесть месяцев моего пребывания там”, – написал Стернберг впоследствии в разделе с благодарностями в своей диссертации. За шесть месяцев, проведенных в своей альма-матер, Стернберг научился применять метод одномолекулярной флуоресцентной микроскопии, чтобы изучать поведение CRISPR-ассоциированных ферментов[115]. В результате были написаны две прорывные статьи, в которых Стернберг, Эрик Грин из Колумбийского университета, Йинек, Виденхефт и Даудна впервые продемонстрировали, как именно РНК-направляемые белки системы CRISPR находят нужные последовательности в геноме атакующего вируса[116].

Особенно близко Стернберг подружился с Виденхефтом, который стал для него примером для подражания. В конце 2011