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

Даудна вверила проект двум молодым постдокам, которые только что пришли работать к ней в лабораторию, Кайлу Уоттерсу и Гэвину Нотту. Они сосредоточили внимание на методе, к которому некоторые вирусы прибегают для обезвреживания систем CRISPR при атаке на бактерии. Иными словами, у бактерий в ходе эволюции появились системы CRISPR для защиты от вирусов, а затем у вирусов появился способ обходить эти оборонные комплексы. Такая гонка вооружений вполне в духе Пентагона: сначала разрабатываются снаряды, затем появляются оборонительные системы, а затем – противооборонительные системы. Открытые учеными механизмы получили название “анти-CRISPR”.

Анти-CRISPR

Системы анти-CRISPR были открыты в конце 2012 года, когда Даудна и Чжан спешили превратить CRISPR-Cas9 в инструмент для редактирования генома человека. Их обнаружил аспирант Торонтского университета Джо Бонди-Деноми. Он совершил это открытие, пытаясь сделать то, что не должно было сработать: он попробовал заразить бактерии вирусом, от которого их защищали системы CRISPR. В нескольких случаях атакующие вирусы выжили.

Сначала он решил, что напортачил с экспериментами. Затем он подумал: а может, коварные вирусы нашли способ обезвреживать системы CRISPR, которые бактерии используют для защиты от них? Оказалось, что он прав. Вирусы научились внедрять в ДНК бактерий маленькую последовательность, отключающую их систему CRISPR[292].

Казалось, что анти-CRISPR не работали с CRISPR-Cas9, поэтому сначала на открытие Бонди-Деноми почти не обратили внимания. Но в 2016 году он вместе с Эйприл Паулюк, которая была его соавтором в первой статье, нашел такие системы анти-CRISPR, которые отключали фермент Cas9. После этого другие исследователи поспешили присоединиться к охоте, и вскоре было обнаружено более пятидесяти белков анти-CRISPR. К тому времени Бонди-Деноми занял профессорскую должность в Калифорнийском университете в Сан-Франциско и вместе с лабораторией Даудны искал способ продемонстрировать, что системы анти-CRISPR можно доставить в клетки человека, чтобы оптимизировать редактирование генома с помощью CRISPR-Cas9 или вовсе остановить процесс[293].

Это фундаментальное открытие одного из чудес природы показало, как развивалась удивительная гонка вооружений между бактериями и вирусами. И оно стало очередным примером того, как фундаментальная наука привела к созданию полезных инструментов. Анти-CRISPR можно запрограммировать для регулирования систем редактирования генома. Это важно для медицинского использования CRISPR в тех случаях, когда необходимо ограничить время, отведенное на редактирование генома, а также для защиты от систем, созданных террористами и злоумышленниками. Кроме того, анти-CRISPR могут отключать генные драйвы, то есть разработанные на базе CRISPR технологии для быстрого распространения генетических изменений в быстрорастущей популяции, такой как популяция комаров[294].

Даудна успешно представляла свои проекты в отчетах для DARPA, и ее Институт инновационной геномики, работающий в Беркли, на протяжении нескольких лет получал гранты на проведение новых исследований. Как и лаборатории Черча в Гарварде, институту поручили выяснить, как использовать CRISPR для защиты от радиационного излучения. Этим проектом с бюджетом 9,5 миллиона долларов руководил Федор Урнов, который учился в Московском государственном университете, когда произошла авария в Чернобыле. Его цель заключалась в том, чтобы найти способ спасения военнослужащих и гражданских лиц, оказавшихся в зоне поражения после ядерного удара или катастрофы[295].

Представители лабораторий, получивших гранты по программе “Безопасные гены”, раз в год встречались с Рене Вегрезин, руководителем проектов департамента биологических технологий DARPA. Даудна присутствовала на встрече в Сан-Диего в 2018 году и отметила, что Вегрезин прекрасно справляется с тем, чтобы налаживать сотрудничество между лабораториями, получающими финансирование от военных, подобно тому как DARPA делало в 1960-е, когда закладывался фундамент для развития интернета. Даудну также поразила некоторая абсурдность происходящего. “Мы ели на улице, стояла прекрасная погода, над нами покачивались пальмы, – говорит она, – и при этом мы говорили о лучевой болезни и использовании инструментов редактирования генома для создания оружия массового уничтожения”[296].

Привлечение нашего хакера

Двадцать шестого февраля 2020 года, когда эпидемия COVID-19 распространялась по Америке, группа генералов армии США, чиновников из Министерства обороны и руководителей биотехнологических компаний миновала внушительную статую сидящего Альберта Эйнштейна и зашла в зал заседаний, расположенный на первом этаже величественного мраморного здания Национальной академии наук в Вашингтоне. Они пришли на конференцию “Биологическая революция и ее последствия для боеспособности армии”, спонсором которой выступала армейская программа “Исследования и технологии”. Среди примерно пятидесяти участников были уважаемые ученые, в частности Джордж Черч, а также уже знакомый нам отщепенец Джосайя Зайнер, который ввел себе отредактированный с помощью CRISPR ген на прошедшей в Сан-Франциско конференции по синтетической биологии.

“Здание красивое, но кафетерий – дерьмо”, – говорит Зайнер. А конференция? “Очень скучная. Куча людей, которые толком не понимали, о чем говорят”. В один момент он записал в своем конспекте: “Такое впечатление, что лектор жахнула ксанакса”.

Зайнеру нравится дерзить, и несмотря на его слова, мне кажется, что конференция ему на самом деле понравилась. Его презентации в программе не значилось, но он произвел такое впечатление, что ему предложили выступить экспромтом. Военные чиновники жаловались, что им сложно привлекать к работе толковых ученых. “Вам нужно открыть свои лаборатории и, возможно, создать пространство для биохакинга, чтобы больше взаимодействовать с людьми”, – сказал им Зайнер. Он отметил, что именно так военные поступили с компьютерными хакерами. Государственные лаборатории, штат которых укомплектован биологами-любителями, могли бы, по его словам, найти решения, полезные для оборонной отрасли.

Некоторые из выступающих согласились, что военным следует привлекать к сотрудничеству “нетрадиционные сообщества”. Как сказал один чиновник, “гражданская наука” может помочь военным научиться лучше распознавать угрозы. Один из профильных ученых обратил внимание на распространение из Китая новой коронавирусной инфекции, которая еще не вызвала тревогу на национальном уровне. Он сказал, что нужно представить мир, где такие вирусные пандемии стали обычным делом, ведь в таких ситуациях полезно привлекать независимых ученых к тому, чтобы искать способы внедрения методик выявления вируса в реальном времени и коллективно собирать и анализировать данные. Это очень важная мысль, которую уже давно пытались донести и Зайнер, и другие представители сообщества биохакеров.

По окончании конференции Зайнер был приятно удивлен тем, что чиновники действительно хотят привлечь хакерское сообщество к сотрудничеству, чтобы вместе искать способы использования CRISPR для борьбы с эпидемиями и защиты военнослужащих. “Все глазеют на меня и гадают, что я здесь делаю”, – записал он в блокноте. А чуть позже: “Люди подходят и благодарят меня за то, что я пришел”[297].

Часть пятая. Наука и общество

Это была новая сфера, полная надежд и незнакомых