Об одной из создательниц технологии редактирования генома CRISPR-Cas9 и лауреате Нобелевской премии Дженнифер Даудне
CRISPR — инструмент генного редактирования. Биологи создали его на основе защитной системы бактерий и смогли с его помощью вносить изменения в ДНК растений, животных и людей. Эта технология открывает просто фантастические возможности по редактированию генов и влиянию на собственную эволюцию.
Еще в 1987 году японские ученые обнаружили в геноме кишечной палочки Escherichia coli необычные повторяющиеся последовательности. Затем те же последовательности обнаружились в геноме других бактерий и архей. Их назвали CRISPR (Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats), то есть короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами. На это открытие никто не обращал внимания вплоть до 2007 года, когда специалисты по стрептококкам установили, что палиндромные повторы — часть иммунной системы бактерий.
Для борьбы с вирусами бактерии создают особые ферменты. Победив вирус, бактерии разрезают остатки его генетического материала и сохраняют внутри последовательностей CRISPR. При повторном нападении вируса бактерия производит белки Cas9 с фрагментами генетического материала вируса. Если эти гены совпадают с генетическим материалом агрессора, белки Cas9 разрезают его и отражают атаку.
В 2011 году биологи Дженнифер Даудна и Эммануэль Шарпантье, изучив механизм CRISPR, обнаружили, что для белка Cas9 можно создать искусственную РНК. И тогда он будет искать генетические фрагменты, совпадающие с этой РНК, разрезать и измельчать ее. Этот механизм одинаково хорошо работает на вирусах, растениях и животных. Даудна и Шарпантье поняли, что с помощью этой технологии можно разрезать любой геном, причем она позволяет не только удалять ненужные гены, но и заменять их любыми другими в любом организме.
У CRISPR огромное множество применений. Можно изучать функцию разных генов, улучшать сельскохозяйственные растения, бороться с наследственными заболеваниями. В долгосрочной перспективе CRISPR возможно использовать для создания наследуемых изменений у людей, сделав их менее уязвимыми для вирусных инфекций. Это может навсегда изменить человечество как вид. Когда и в каких случаях нужно редактировать гены, будет одним из самых важных вопросов современности. Это особенно актуально на фоне пандемии коронавируса и новых вирусных заболеваний. Уже сегодня CRISPR используется для лечения рака, слепоты, серповидноклеточной анемии. В 2020 году Дженнифер Даудна и ее команда начали исследовать, как CRISPR воздействует на коронавирус.
Дженнифер Даудна — главная героиня книги Уолтера Айзексона. Ее имя навсегда связано с изучением CRISPR и вписано в историю науки. В 2020 году она и Эммануэль Шарпантье получили за свои исследования Нобелевскую премию по химии.
Идея 1. Вынужденное одиночество часто пробуждает в человеке новые способности
Дженнифер Даудна родилась 19 февраля 1964 года в Вашингтоне. Ее отец, профессор американской литературы, перевез семью на Гавайи, в город Хило, где ему предложили преподавательскую работу, когда Дженнифер было 7 лет. В школе, куда она пошла в 1-й класс, все дети были полинезийцами, смотрящими на нее как на белую ворону. Они либо игнорировали ее, либо дразнили.
Она чувствовала себя изгоем в полной изоляции. С одной стороны, это причиняло ей страдания, с другой — закалило ее характер и пробудило интерес к более серьезным вещам, чем обычные детские игры. Через это прошли многие творческие люди: Леонардо да Винчи, Альберт Эйнштейн, Стив Джобс. Дженнифер запоем читала книги и пыталась понять, как ей найти свое место в мире.
Постепенно отношения с одноклассниками стали менее враждебными и отчужденными, хотя она по-прежнему не вписывалась в их компанию. Но когда она была в третьем классе, семья переехала в новый район, где классы были меньше. В ее прежнем классе было 60 человек, а в новом — 20. Она нашла себе близкую подругу Лизу Хинкли и вместе с ней исследовала склоны лавовых гор. Ей очень нравились математика и естественные науки, благодаря успехам в них Дженнифер удалось перешагнуть через класс.
Дженнифер и Лиза могли уезжать в велопоходы на целый день, катаясь и гуляя по полям и горам. На склонах гор росли мох и грибы, пальмы и персики. В пещерах обитали пауки без глаз. Вызывала интерес Дженнифер и колючая лиана под названием хилахила. Ее называли спящая трава, потому что при прикосновении листья тут же сворачивались. Дженнифер задавалась вопросом, что заставляет листья свертываться. У нее было много вопросов к миру.
Родители Дженнифер дружили с профессором биологии Доном Хеммсом, с которым они часто отправлялись на природу. Они искали грибы, по которым специализировался Хеммс. Он фотографировал грибы и показывал Дженнифер справочник, который их описывал. Вместе они сортировали морские раковины и классифицировали их.
В школе она вступила в футбольную команду, где была полузащитником. Она прекрасно подходила физически для этой роли: выносливая, длинноногая, она лучше, чем любой другой, справлялась со своими задачами.
Отец Дженнифер старался привить дочери вкус к чтению, разглядев в ней пытливый ум. Он подбирал ей книги, и однажды в подборку попала книга Джеймса Уотсона «Двойная спираль».
Книга была биографической: автор описывал себя и свою работу над структурой ДНК вместе с биохимиком Фрэнсисом Криком. Была в книге и женщина, структурный биолог Розалинда Франклин. Уотсон относился к ней с долей снисходительности, но на Дженнифер произвело большое впечатление, что женщина тоже может быть ученым. Конечно, ей было известно имя Марии Кюри, но после книги Уотсона Дженнифер задумалась о роли женщины в науке как о чем-то реальном. Кроме того, ее очень впечатлили биологические механизмы, которые управляют всеми живыми существами. Она поняла, что биологическая роль любого живого существа определяется формой и структурой химической молекулы. Атомы соединяются, создавая молекулы, и это явление изучается на стыке двух наук — химии и биологии.
Дженнифер решила выбрать научную карьеру. Она хотела понять, как устроена природа, и превратить свои открытия в изобретения.
