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

генома, он разработал новые способы использования CRISPR для воздействия на экспрессию генов. “Меня удивило, что она готова тратить время, чтобы обсуждать со мной науку, причем не на поверхностном, а на глубоком уровне, анализируя даже ключевые технические детали”, – говорит он. Его интерес к вирусам усилился в 2019 году, когда он (как и Мирвольд с Даудной) получил грант от DARPA для подготовки к борьбе с эпидемиями. “Сначала мы сосредоточились на поиске CRISPR-метода борьбы с гриппом”, – рассказывает Ци. Затем пришел коронавирус. В конце января 2020 года, прочитав статью о ситуации в Китае, Ци собрал свою команду и вместо гриппа занялся COVID.

Ци действовал примерно так же, как Мирвольд. Он хотел с помощью направляемого фермента найти и затем разрезать РНК атакующего вируса. Как и Чжан и Мирвольд, он решил использовать вариант Cas13. Ферменты Cas13a и Cas13b были открыты Чжаном в Институте Брода. Но еще один вариант Cas13 обнаружил блестящий биоинженер из круга Даудны Патрик Хсю, который успел поработать как с исследователями из Института Брода, так и с учеными из Беркли[553].

Стэнли Ци

Хсю родился на Тайване, окончил Беркли и получил докторскую степень в Гарварде, где работал в лаборатории Чжана, когда Чжан пытался раньше Даудны обеспечить работу CRISPR в клетках человека. После этого Хсю два года работал исследователем в Editas, созданной для коммерциализации CRISPR компании, в число основателей которой входил Чжан и из которой уволилась Даудна. Оттуда он отправился в Институт Солка в Южной Калифорнии, где открыл фермент, который назвали Cas13d. В 2019 году он занял должность доцента в Беркли и затем возглавил одну из исследовательских групп, когда Даудна присоединилась к борьбе с COVID-19.

Поскольку Cas13d, открытый Хсю, обладал маленьким размером и прекрасной способностью к наведению на цель, Ци счел его лучшим ферментом для противодействия коронавирусу в клетках легких человека. Ци сделал серьезную заявку на победу в конкурсе на лучшую аббревиатуру, назвав свою систему PAC – MAN, от prophylactic antiviral CRISPR in human cells (“профилактический антивирусный CRISPR в клетках человека”). Так же звали поедающего точки героя в популярной в прошлом видеоигре. “Я люблю видеоигры, – сказал Ци Стивену Леви из Wired. – Pac-Man ест печенье, пока за ним охотится привидение. Но когда у него на пути оказывается особенное печенье, питающее его энергией (в нашем случае это система CRISPR-Cas13), он вдруг становится очень сильным. Теперь он может съесть привидение и очистить поле боя”[554].

Ци с командой испытали PAC – MAN на синтезированных фрагментах коронавируса. В середине февраля его аспирант Тим Эббот провел эксперименты и показал, что в лабораторных условиях PAC – MAN снижает количество коронавируса на 90 %. “Мы продемонстрировали, что генетическое нацеливание на базе Cas13d позволяет эффективно находить и уничтожать РНК-последовательности фрагментов SARS-CoV-2, – написали Ци с соавторами. – PAC – MAN перспективен для борьбы не только с коронавирусами, включая тот, что вызывает COVID-19, но также с широким спектром других вирусов”[555].

Статья была опубликована онлайн 14 марта 2020 года, на следующий день после первого совещания Даудны с учеными из Области залива, которые решили принять участие в войне с коронавирусом. Ци прислал ей ссылку, и через час Даудна ответила и предложила ему присоединиться к группе и провести презентацию на втором еженедельном онлайн-совещании. “Я сказал, что мы нуждаемся в ресурсах для разработки идеи PAC – MAN – нам необходимо получить доступ к живому коронавирусу и разработать механизмы доставки, способные проникать в клетки легких пациентов, – вспоминает он. – Она оказала мне огромную поддержку”[556].

Доставка

В основе CARVER и PAC – MAN лежала блестящая идея, но справедливости ради стоит сказать, что бактерии развили ее более миллиарда лет назад. Расщепляющие РНК ферменты Cas13 могут уничтожать коронавирусы в клетках человека. Если обеспечить их работу, CARVER и PAC – MAN станут эффективнее, чем вакцина, вызывающая иммунный ответ. Нацеливаясь непосредственно на атакующий вирус, эти CRISPR-технологии не зависят от непредсказуемого иммунного ответа организма.

Трудность вызывала доставка: как добиться, чтобы они нашли нужные клетки в организме человека, а затем проникли сквозь клеточную мембрану? Это очень сложно, особенно если добраться нужно до клеток легких, и поэтому в 2021 году CARVER и PAC – MAN еще не были готовы к использованию.

На еженедельном совещании 22 марта Даудна представила Ци и показала слайд с описанием группы, которую он возглавит в их коронавирусной войне[557]. В его команду она определила исследователей из своей лаборатории, которые разрабатывали новые методы доставки, а затем помогла ему подготовить технический документ с обзором проекта для потенциальных спонсоров. “Мы используем вариант CRISPR, Cas13d, чтобы находить, разрезать и уничтожать РНК-последовательности вирусов, – написали они. – Наша работа предлагает новую стратегию, которая в будущем может применяться в качестве генной вакцины и препарата от COVID-19”[558].

Традиционно CRISPR и другие генные препараты доставляются в клетки с помощью безвредных вирусов: так, с этой ролью прекрасно справляются аденоассоциированные вирусы, которые не вызывают ни болезней, ни серьезного иммунного ответа. Такие “вирусные векторы” переносят в клетки генетический материал. Для доставки также применяются искусственно синтезированные вирусоподобные частицы, с которыми работают Дженнифер Хэмилтон и другие исследователи из лаборатории Даудны. Кроме того, применяется метод электропорации, при котором клеточную мембрану подвергают воздействию электрического поля, чтобы сделать более проницаемой. У каждого из этих методов свои недостатки. Малый размер вирусных векторов часто позволяет им доставлять лишь определенный тип CRISPR-белков и ограниченное количество направляющих РНК. Чтобы найти безопасный и эффективный механизм доставки, IGI нужно было оправдать свое название и заняться инновациями.

В напарники Ци для разработки механизмов доставки Даудна назначила Росса Уилсона, своего бывшего постдока. Уилсон, который теперь руководит собственной лабораторией, расположенной по соседству с лабораторией Даудны в Беркли, – специалист по новым способам доставки материала в клетки пациентов. Как отмечалось выше, он вместе с Алексом Мэрсоном разрабатывает систему доставки ДНК-вакцины[559].

Уилсон опасается, что доставлять PAC – MAN и CARVER в клетки будет нелегко. Тем не менее Ци надеется, что в ближайшие годы начнется применение этих CRISPR-препаратов. Перспективным кажется метод, в рамках которого комплекс CRISPR-Cas13 помещается в искусственно синтезированную молекулу, называемую липитоидом и сравнимую по размеру с вирусом. В партнерстве с отделом биологических наноструктур Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, крупным правительственным комплексом, стоящим на холме над университетским кампусом, Ци разрабатывает липитоиды, способные доставлять PAC – MAN в клетки легких[560].

По его словам,