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

Даудне пришлось выяснить, к какой юридической ответственности могут привлечь университет за проведение анализов для сторонних пациентов. Обычно решение подобных задач растягивалось у юристов на недели, поэтому Даудна позвонила президенту объединения Калифорнийских университетов Джанет Наполитано, которая в прошлом занимала пост министра внутренней безопасности США. За двенадцать часов Наполитано санкционировала проект и согласовала все бюрократические нюансы. Урнов отмечает, что в подобных случаях было очень полезно привлекать к решению вопросов Даудну, которая выступала в качестве тяжелой артиллерии. “Я даже в шутку прозвал ее Крейсером «Даудна»”, – говорит он.

Государство по-прежнему не могло наладить диагностику, а ждать результатов анализов в частных лабораториях приходилось неделю, и спрос на тестирование в Беркли был велик. Начальник городского департамента здравоохранения Лиза Эрнандес попросила Урнова предоставить пять тысяч тестовых наборов, часть из которых предполагалось использовать для взятия анализов у малообеспеченных и бездомных людей. Начальник пожарной охраны Дэвид Брэнниген сказал Урнову, что тридцать пожарных сидят на карантине, потому что никак не могут получить результаты анализов. Даудна и Урнов пообещали, что примут их всех.

“Спасибо, IGI”

Первым делом сотрудникам новой лаборатории нужно было удостовериться, что разработанные ими тесты показывают верный результат. Даудна внимательно следила за ходом испытаний, поскольку со студенческих лет была экспертом по расшифровке данных, содержащих РНК. Получая результаты, ученые выводили их на экран в зум и наблюдали, как Даудна внимательно вглядывается в перевернутые синие треугольники, зеленые треугольники и квадратики, обозначающие различные элементы данных. Порой она просто смотрела на них не шевелясь, и остальные не смели вздохнуть. “Да, здесь все в порядке”, – сказала она как-то в ходе очередного сеанса и навела курсор на одну область в результатах теста на выявление РНК. Затем она изменилась в лице, указала на другую область и пробормотала: “Нет, нет, нет”.

Федор Урнов отражается в стекле, фотографируя записку

Наконец в начале апреля она взглянула на свежие данные, собранные Линем Шао, и признала их “превосходными”. Тесты были готовы к использованию.

В восемь утра в понедельник, 6 апреля, к дверям IGI подъехал фургон пожарной охраны. Офицер Дори Тью привезла ученым ящик с пробами. Надев белые перчатки и синюю маску, Урнов принял у нее пенопластовый холодильник, за передачей которого наблюдал его коллега Дирк Хоккемейер. Исследователи пообещали, что пожарные получат результаты анализов на следующее утро.

Пока велись последние приготовления к пуску лаборатории, Урнов сходил купить обед своим родителям, живущим неподалеку. Вернувшись в здание IGI, он обнаружил на большой стеклянной двери листок бумаги, на котором было написано: “Спасибо, IGI! Искренне благодарные жители Беркли и всего мира”.

Глава 51. Mammoth и Sherlock

CRISPR как средство обнаружения

На совещании 13 марта, которое Даудна организовала для обсуждения ситуации с коронавирусом, она решила, что прежде всего необходимо создать высокоскоростную диагностическую ПЦР-лабораторию. Но в ходе обсуждения Федор Урнов предложил также рассмотреть новаторскую идею: использовать CRISPR для выявления РНК коронавируса, подобно тому как бактерии обнаруживают атакующие их вирусы с помощью своих CRISPR-систем.

– На эту тему только что вышла статья, – отметил один из участников встречи.

Урнов сразу перебил собеседника, поскольку статья была ему прекрасно знакома.

– Да, ее написала Дженис Чен, которая раньше работала в лаборатории Даудны.

На самом деле почти одновременно вышли две схожие статьи. Одну подготовили бывшие сотрудники лаборатории Даудны, основавшие компанию для использования CRISPR в качестве средства обнаружения. Другую, что неудивительно, написал Фэн Чжан из Института Брода. И снова два этих мира вступили в противостояние. На этот раз, однако, они стремились не запатентовать методы редактирования человеческого генома, а помочь спасти человечество от новой коронавирусной инфекции. Теперь они делились своими открытиями бесплатно.

Cas12 и Mammoth

В 2017 году аспиранты Дженис Чен и Лукас Харрингтон работали в лаборатории Даудны, где изучали недавно открытые CRISPR-ассоциированные ферменты. В частности, объектом их исследования был один из них, Cas12a, который обладал особым свойством. Его, как и Cas9, можно было направлять таким образом, чтобы он находил и разрезал нужную последовательность ДНК. Но этим дело не ограничивалось. Сделав двухцепочечный разрез ДНК-мишени, он принимался без разбора резать все однонитевые ДНК в непосредственной близости от себя. “Мы стали замечать, что он ведет себя весьма странно”, – говорит Харрингтон[507].

Однажды за завтраком муж Даудны Джейми Кейт предположил, что описанное свойство можно использовать для создания диагностического инструмента. Такая же идея пришла в голову Чен и Харрингтону. Они совместили систему CRISPR-Cas12 с молекулой-репортером – флуоресцентным сигналом, связанным с фрагментом ДНК. Когда система CRISPR-Cas12 обнаруживала ДНК-мишень, она также разрезала молекулы-репортеры, которые в результате давали светящийся сигнал. С помощью такого диагностического инструмента можно было определить, присутствует ли в организме пациента конкретный вирус, или бактерия, или рак. Чен и Харрингтон назвали его DNA endonuclease targeted CRISPR trans reporter (“ДНК-нацеленная эндонуклеаза CRISPR-трансрепортер”), чтобы создать на основе этой неуклюжей фразы аббревиатуру DETECTR, напоминающую CRISPR.

Когда в ноябре 2017 года Чен, Харрингтон и Даудна отправили статью с описанием своей работы в журнал Science, редакторы попросили, чтобы они уделили больше внимания тому, как сделать на основе этого открытия диагностический тест. Теперь даже традиционные научные журналы проявляли интерес к переносу достижений фундаментальной науки в прикладную сферу. “Если в журнале просят о таком, – говорит Харрингтон, – начинаешь работать с особым усердием”. В рождественские каникулы 2017 года они с Чен в сотрудничестве с ученым из Калифорнийского университета в Сан-Франциско показали, как их инструмент CRISPR-Cas12 может обнаруживать вирус папилломы человека (ВПЧ), передающийся половым путем. “Мы ездили туда-сюда на «убере», таская с собой гигантскую лабораторную установку, чтобы анализировать пробы разных пациентов”, – вспоминает Харрингтон.

Дженис Чен и Лукас Харрингтон

Даудна попросила редакторов Science рассмотреть статью в приоритетном порядке. Ее снова отправили в журнал в январе 2018 года, дополнив данными о выявлении ВПЧ с помощью DETECTR. Работу приняли к публикации и разместили онлайн в феврале.

С тех пор как Уотсон и Крик завершили свою знаменитую статью о ДНК словами: “От нас не укрылось, что представленные пары позволяют предположить, как работает механизм копирования генетического материала”, – ученые взяли в обыкновение заканчивать журнальные статьи сдержанным, но важным замечанием о дальнейшем развитии науки. Чен, Харрингтон и Даудна завершили свою работу, сказав, что система CRISPR-Cas12 “предлагает новую стратегию для повышения скорости, чувствительности и специфичности обнаружения нуклеиновых