Книги

Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества

22
18
20
22
24
26
28
30

Чжан настаивает, что разработал свои идеи о редактировании генома еще до того, как прочитал статью Даудны и Шарпантье. Он представил в качестве доказательства страницы из лабораторного журнала, где описаны эксперименты, в которых он применял три компонента системы CRISPR-Cas9 – cгРНК, tracгРНК и фермент Cas9, – чтобы осуществлять редактирование генома в клетке человека[180].

Однако есть свидетельства, что в июне 2012 года он был далек от победы. Студент из Китая Шуайлян Линь девять месяцев работал в лаборатории Чжана над проектом CRISPR и был указан в качестве соавтора опубликованной впоследствии статьи. В июне 2012 года, перед тем как вернуться в Китай, Линь подготовил презентацию под названием “Обзор работы над CRISPR, проведенной с октября 2011-го по июнь 2012 года”. В ней показано, что попытки Чжана осуществить редактирование генома пока не давали убедительных результатов или оказывались неудачными. “Модификаций не наблюдается”, – говорится на одном слайде. На другом описывается иной подход и отмечается: “CRISPR 2.0 не вызывает модификации генома”. На последнем слайде обзора подводится итог работы: “Возможно, белок Csn1 [так в то время назывался Cas9] слишком велик; мы испробовали несколько способов поместить его в ядро, но потерпели поражение во всех случаях. <…> Возможно, необходимо выявить другие факторы”. Иными словами, если верить презентации Линя, к июню 2012 года лаборатория Чжана не смогла добиться, чтобы система CRISPR совершала разрезы в клетках человека[181].

Когда три года спустя Чжан сошелся с Даудной в патентной битве, Шуайлян Линь сообщил дополнительные сведения в электронном письме Даудне. “Фэн несправедлив не только по отношению ко мне, но и по отношению к истории науки, – написал он. – Утверждения в пятнадцатистраничном обзоре их с Лэ Цуном результатов работы с люциферазой преувеличены и некорректны. <…> Мы не добились успеха, пока не прочли вашу статью, и это печально”[182].

Институт Брода счел, что Линь слукавил в своем письме, надеясь получить работу в лаборатории Даудны. “Есть множество других примеров, – отметил Институт в своем заявлении, – которые доказывают, что в начале 2011 года Чжан и другие сотрудники его лаборатории активно и успешно работали над созданием уникальной системы CRISPR-Cas9 для редактирования генома эукариот, действуя самостоятельно и приступив к этому раньше, чем появилась вышедшая впоследствии [статья Шарпантье и Даудны]”[183].

На одной из страниц лабораторного журнала Чжана описываются эксперименты, проведенные весной 2012 года, которые, как он утверждает, показывают, что он смог получить результаты, демонстрирующие, что система CRISPR-Cas9 осуществляла редактирование генома в клетках человека. Однако, как часто случается с научными экспериментами, данные можно было интерпретировать по-разному. Они не доказывали вне всяких сомнений, что Чжан преуспел в редактировании генома в клетках, поскольку некоторые результаты говорили об обратном. Дана Кэрролл, биохимик из Университета Юты, по поручению Даудны и ее коллег в качестве привлеченного эксперта изучил страницы из лабораторного журнала Чжана. Он отмечает, что Чжан опустил некоторые неоднозначные и неубедительные данные из журнала. “Фэн избирательно подошел к представлению данных, – заключил он. – У них были даже данные, свидетельствующие, что эффект редактирования наблюдался и без участия Cas9”[184].

В работе Чжана в начале 2012 года был и еще один аспект, который, казалось, не оправдал ожиданий. Он связан с вопросом о роли tracгРНК. Как мы помним, в 2011 году Шарпантье открыла и описала в статье, что tracгРНК необходима для создания cгРНК, которая служит проводником для фермента Cas9. Но только после публикации статьи Даудны и Шарпантье в июне 2012 года стало понятно, что tracгРНК играет более важную роль, входя в состав механизма связывания, который позволяет Cas9 разрезать ДНК в целевой точке.

В составленной в январе 2012 года заявке на грант Чжан не описал полную роль tracгРНК. В его лабораторных журналах и обзоре с описанием работы, проведенной до июня 2012 года, нет никаких свидетельств, что он знал, какое участие tracгРНК принимает в разрезании ДНК-мишени. На одной из относящихся к делу страниц, по словам Кэрролла, “довольно подробно описаны компоненты системы, но ничто в этом списке не говорит о том, что в него входила и tracгРНК”. Позже Даудна и ее сторонники отметили, что эксперименты Чжана не приносили плодов до июня 2012 года именно потому, что он не до конца понимал, какую роль в процессе играет tracгРНК[185].

Сам Чжан в статье, которую они с коллегами в конце концов опубликовали в январе 2013 года, судя по всему, признал, что в полной мере разобрался в том, какую функцию выполняет tracгРНК, только после ознакомления с работой Даудны и Шарпантье. Он отметил, что “ранее было показано”, что tracгРНК необходима для разрезания ДНК, и дал ссылку на статью Даудны и Шарпантье. “Фэн знал, что необходимы две этих РНК, поскольку прочитал нашу статью, – говорит Даудна. – В статье Фэна 2013 года он ссылается на нас и цитирует нас именно по этой причине”.

Когда я спросил об этом Чжана, он сказал, что сделал сноску, поскольку так было принято, ведь все функции tracгРНК впервые были описаны как раз в статье Даудны и Шарпантье. Но и он сам, и Институт Брода утверждают, что он уже экспериментировал с системами, связывающими tracгРНК и cгРНК[186].

Разобраться в этом непросто. Насколько я могу судить, Чжан изучал возможность применения CRISPR для редактирования генома человека с 2011 года. К середине 2012 года он сосредоточился на системе Cas9 и добился некоторых успехов по обеспечению ее работы, но успехи эти были скромными. Тем не менее нет однозначных доказательств – и точно нет опубликованных свидетельств, – что он в полной мере изучил ключевые компоненты системы и понимал, какие функции выполняет tracгРНК, пока не прочитал статью Даудны и Шарпантье, опубликованную в июне 2012 года.

Чжан не скрывал одной вещи, которую узнал из работы Даудны и Шарпантье: только прочитав статью, он узнал, что существует способ объединить cгРНК и tracгРНК и создать одиночную направляющую РНК, которую можно запрограммировать на распознавание нужной ДНК-последовательности. “Мы адаптировали гибрид cгРНК и tracгРНК, недавно испытанный in vitro”, – написал он позже, сославшись на статью Даудны и Шарпантье. Марраффини, который по-прежнему работал с Чжаном в июне 2012 года, подтверждает его слова: “Мы с Фэном начали использовать одиночную направляющую РНК только после того, как прочитали статью Дженнифер”.

Как отмечает Чжан, создание одиночной направляющей РНК было полезным, однако не принципиально важным изобретением. Система CRISPR-Cas9 может работать, если оставить tracгРНК и cгРНК отдельными элементами, а не объединить их в одну, более простую молекулу, как сделала команда Даудны и Шарпантье. Одиночная направляющая РНК упрощает систему и облегчает ее внедрение в клетки человека, но работу системы обеспечивает не она[187].

Глава 25. Даудна вступает в гонку

“У нас не было специалистов по редактированию генома”

Удивительно, что Дженнифер Даудна вообще участвовала в конкурентной борьбе за право раньше остальных обеспечить работу CRISPR-Cas9 в организме человека. Она никогда не экспериментировала с клетками человека и никогда не конструировала инструменты для редактирования генома, такие как TALEN. Опыта в этой сфере не было и у ее ведущего исследователя Мартина Йинека. “В моей лаборатории работало много биохимиков, специалистов по кристаллографии и подобным вещам, – говорит она. – Но экспертов по созданию культивированных человеческих клеток и даже клеток круглого червя у нас не было”. В связи с этим тот факт, что Даудна вступила в борьбу, хоть и знала, что многие будут пытаться создать на основе их открытий о CRISPR-Cas9 инструмент, работающий в клетках человека, свидетельствует о ее готовности идти на риск.

Даудна правильно поняла, что использование CRISPR для редактирования генома человека станет следующим прорывом. Она решила, что другие исследователи, включая Эрика Сонтхаймера и, вероятно, сотрудников Института Брода, стремятся как можно быстрее достичь цели, и захотела вступить с ними в конкуренцию. “После нашей июньской статьи я поняла, что нужно ускориться, но наши соавторы, казалось, об этом и не думали, – вспоминает она. – Это меня удручало. Я стремлюсь везде быть первой”. Она подталкивала Йинека работать активнее. “Ты должен сделать это своей задачей номер один, – твердила она, – потому что если Cas9 станет надежной технологией для редактирования генома человека, то мир изменится”. Йинек боялся, что выполнить задачу будет нелегко. “У нас не было специалистов по редактированию генома в отличие от некоторых лабораторий, где работали пионеры этого метода, – говорит он, – и потому нам приходилось заново изобретать то, что другие уже сделали”[188].

Александра Ист

Позже Даудна признала, что сначала пережила “множество провалов”, пытаясь наладить работу CRISPR-Cas9 в клетках человека[189]. Но когда начался осенний семестр 2012 года, а Чжан ускорил работу, чтобы быстрее закончить собственные эксперименты, ей улыбнулась удача. В лабораторию пришла новая студентка Александра Ист, которая имела опыт работы с клетками человека. Особенно любопытной была ее подготовка: она училась редактировать геном, когда была лаборанткой в Институте Брода, где работала с Фэном Чжаном и другими исследователями.

Ист сумела вырастить необходимые человеческие клетки и начала эксперименты по внедрению Cas9 в их ядра. Получив первые результаты, она не смогла однозначно сказать, свидетельствуют ли данные о том, что происходит редактирование генома. Порой результаты биологических экспериментов оказываются неочевидными. Но Даудна, у которой глаз был наметан, сочла эксперименты успешными. “Когда [Александра] показала мне данные, мне сразу стало ясно, что ей удалось получить прекрасные свидетельства редактирования генома в клетках человека с помощью Cas9, – говорит Даудна. – Этим студент, не завершивший обучение, отличается от человека вроде меня, который уже некоторое время работает в своей сфере. Я знала, что именно хочу увидеть, и стоило мне взглянуть на полученные ею данные, как что-то щелкнуло и я подумала: «Да, у нее получилось». Она сомневалась в этом и подозревала, что ей придется провести эксперименты снова, но я сказала: «О боже, это же здорово! Это просто замечательно!»”[190]

По мнению Даудны, данные свидетельствовали, что обеспечение работы CRISPR-Cas9 в клетках человека нельзя считать ни серьезным прорывом, ни новым изобретением: “Было хорошо известно, что можно пометить белки сигналами ядерной локализации, чтобы направить их в ядро, и именно так мы поступили с Cas9. Кроме того, было известно, как изменить кодоны в гене, чтобы белок лучше экспрессировался в клетках млекопитающих, и это мы тоже сделали”. Ей казалось, что в этом не было ничего особенно нового, хотя она и спешила первой достичь поставленной цели. Чтобы поместить ферменты в ядро клетки, достаточно было адаптировать методы, которые использовались ранее, например TALEN. Ист добилась этого за несколько месяцев. “Когда стало понятно, из каких компонентов состоит система, сложностей уже не возникло, – говорит Даудна. – С задачей справилась студентка первого года магистратуры”.

Даудна считала, что нужно как можно быстрее что-нибудь опубликовать. Она поняла – и поняла совершенно верно, – что, если другие лаборатории первыми покажут, что CRISPR-Cas9 можно поместить в клетки человека, это назовут важным открытием. Она настояла, чтобы Ист подкрепила свои данные повторными экспериментами. Йинек между тем искал способ превратить созданную ими в пробирке одиночную направляющую РНК в направляющую, которая сможет доставлять Cas9 к мишени в клетке человека. Было непросто. Оказалось, что полученная им одиночная направляющая РНК слишком коротка, чтобы максимально эффективно работать с человеческой ДНК.

Глава 26. Фотофиниш