Ученым понадобилось еще пятнадцать лет, чтобы поместить синтезированную ДНК в клетки человека. Цель состояла в том, чтобы создать своего рода лекарство. Никто не пытался менять ДНК пациента, поэтому речь не шла о редактировании генома. При генной терапии в клетки пациента помещаются фрагменты ДНК, искусственно синтезированные для нейтрализации дефектного гена, вызывающего болезнь.

Первое клиническое испытание прошло в 1990 году. Пациентом стала четырехлетняя девочка с генетической мутацией, которая ослабила ее иммунную систему, в результате чего организм стал подвержен инфекциям. Врачи нашли способ поместить рабочие копии недостающего гена в Т-клетки ее крови. Т-клетки изъяли из организма девочки, снабдили недостающим геном, а затем поместили обратно. Благодаря этому ее иммунная система значительно укрепилась.

Сначала в сфере генной терапии наблюдались некоторые успехи, но вскоре возникли сложности. В 1999 году клиническое испытание в Филадельфии остановилось, когда молодой человек умер из-за сильнейшего иммунного ответа, вызванного вирусом, переносящим терапевтический ген. В начале 2000-х годов при генной терапии иммунодефицита был случайно активирован раковый ген, и пять пациентов заболели лейкемией. Подобные трагедии не менее чем на десять лет заморозили большинство клинических исследований, но поэтапное совершенствование генной терапии заложило фундамент для более энергичных начинаний в сфере редактирования генома.

Вместо того чтобы лечить генетические дефекты с помощью генной терапии, некоторые врачи-исследователи принялись искать способы исправлять проблемы в зародыше. Их целью было редактирование дефектных последовательностей ДНК в нужных клетках пациента. Так родилось начинание, названное редактированием генома.

Гарвардский профессор Джек Шостак, научный руководитель Даудны, в 1980-х нашел один из ключей к редактированию гена: он научился разрывать обе нити двойной спирали ДНК, совершая так называемый двухцепочечный разрез. Когда такое случается, ни одна из нитей не может служить образцом для восстановления, или репарации, другой. Геном восстанавливается одним из двух способов. Первый называется “негомологичным соединением концов”. (Термин “гомологичный” происходит от греческого слова, означающего “подобие”.) В таких случаях репарация ДНК идет путем простого соединения концов, без попытки найти соответствующие друг другу последовательности. При таком неаккуратном соединении могут происходить нежелательные вставки и делеции генетического материала. Более точная “гомологичная репарация” становится возможной, когда разорванная ДНК находит поблизости подходящий образец для замены. Обычно клетка копирует и вставляет имеющуюся гомологичную последовательность туда, где были сделаны двухцепочечные разрезы.

Изобретение редактирования генома происходило в два этапа. Сначала ученым нужно было найти подходящий фермент, способный делать двухцепочечные разрезы в ДНК. Затем им необходимо было найти направляющую, которая проведет фермент к тому самому месту в ДНК клетки, где требуется сделать разрыв.

Ферменты, способные разрезать ДНК и РНК, называются нуклеазами. Чтобы создать систему редактирования генома, исследователям нужна была такая нуклеаза, которую можно было бы запрограммировать на разрезание любой выбранной последовательности. К 2000 году они нашли необходимый инструмент. Фермент FokI, обнаруживаемый в некоторых бактериях в почве и водоемах, имеет два домена: один служит ножницами, разрезающими ДНК, а другой выступает в качестве гида, чтобы указывать верное направление. Эти домены можно разделить, и первый можно перепрограммировать на движение к любой намеченной учеными цели[156].

Исследователи сумели разработать белки, способные выступать в качестве направляющих и доставлять режущий домен к ДНК-мишени. Одна система, цинк-пальцевые нуклеазы (ZFN), появилась в результате объединения режущего домена с белком, имеющим маленькие пальцы, формирующиеся в присутствии иона цинка и позволяющие ему цепляться за нужную ДНК-последовательность. Похожая, но еще более надежная система TALEN (нуклеаза на основе эффектора, подобного активатору транскрипции) была создана при объединении режущего домена с белком, который направляет ее к более длинным ДНК-последовательностям.

Пока совершенствовалась система TALEN, появилась система CRISPR. Она была в некотором роде похожа на нее: в ее составе был режущий фермент Cas9 и гид, направляющий этот фермент к выбранному месту на нити ДНК. Но в системе CRISPR роль гида играл не белок, а фрагмент РНК. Это давало большое преимущество. В системах ZFN и TALEN нужно было создавать новую белковую направляющую всякий раз, когда менялась целевая генетическая последовательность, а это было сложно и занимало много времени. Но с CRISPR достаточно было поиграть с генетической последовательностью гидовой РНК. Хороший студент быстро справлялся с этим в лаборатории.

Оставался один вопрос, который казался либо крайне принципиальным, либо совсем пустячным – в зависимости от вашей позиции в последующих патентных войнах. Системы CRISPR работали в бактериях и археях, то есть в одноклеточных организмах, не имеющих ядер. Отсюда вопрос: могли ли они работать в клетках, имеющих ядра, и особенно в таких многоклеточных организмах, как растения, животные и мы с вами?

В результате статья Даудны и Шарпантье, опубликованная в июне 2012 года, подтолкнула многие лаборатории по всему миру, включая и лабораторию Даудны, вступить в бешеную гонку за право доказать, что CRISPR-Cas9 работает в клетках человека. Примерно через полгода триумфом увенчались труды пяти лабораторий. Этот относительно быстрый успех может служить доказательством, что для обеспечения работы CRISPR-Cas9 в клетках человека, как позже заявили Даудна с коллегами, достаточно было совершить простой и очевидный шаг, который нельзя считать отдельным изобретением. Или же можно сказать, как утверждали соперники Даудны, что этот важный шаг был сделан в результате изобретения, появившегося в пылу конкурентной борьбы.

Ответ на этот вопрос определял судьбу патентов и премий.