Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир

В 2012 году группы Дженнифер Даудны из Калифорнийского университета в Беркли и Эмманюэль Шарпантье из Университета Умео в Швеции опубликовали написанную по итогам совместной работы статью, оказавшую мощнейшее влияние на научное сообщество. Авторы изящно демонстрировали редактирующие способности CRISPR/Cas9 за пределами клеток бактерий и архей. Команда Шарпантье открыла tracrРНК и объяснила многие аспекты работы Cas9. Даудна и ее коллеги специализировались на РНК, но в диапазон их исследовательских объектов входил и сложный ландшафт CRISPR-ассоциированных белков. В естественных условиях tracrРНК и crРНК, созданная на базе вируса, вместе направляют Cas9. Даудна и Шарпантье поняли, что заменой вирусной последовательности любой другой можно перепрограммировать Cas9 на желаемый пункт назначения. Кроме того, вместо tracrРНК и crРНК можно использовать соответствующим образом сконструированный и сворачивающийся единый РНК-гид. Следовательно, всего одной легкосинтезируемой нитью РНК и всего одним легкопроизводимым белком Cas9 можно обеспечить точное нацеливание на нужные участки ДНК. Чтобы разрезать ДНК там, где находится определенная последовательность нуклеотидов, надо действовать по следующей инструкции: создать молекулы единого РНК-гида, содержащие ту самую последовательность (вместо T там должны стоять У, как всегда в РНК), добавить к ним Cas9, поместить весь комплекс в интересующую вас систему – и все. Две научные группы показали, что этот метод работает в пробирке, за пределами естественной для него среды микробных клеток. Сообщая о результатах экспериментов в статье 2012 года, авторы назвали получившуюся систему «эффективной, многофункциональной и программируемой» и добавили, что она обладает «солидным потенциалом для решения задач прицельного воздействия на гены и редактирования геномов»²¹.

Статья Даудны и Шарпантье, представленная на рассмотрение в престижный журнал Science 8 июня 2012 года и опубликованная онлайн 28 июня, привлекла огромное внимание: было очевидно, что в ней описано открытие с грандиозным потенциалом. Исследовательницы получили по 3 миллиона долларов, став в 2015 году лауреатами Премии за прорыв в области естественных наук, учрежденной Марком Цукербергом из Facebook[67], Сергеем Брином из Google и другими титанами технологий. Церемония вручения премии проходит ежегодно среди знаменитостей в Кремниевой долине²².

Но вернемся в 2012 год. Исследовательская группа, возглавляемая Виргиниюсом Шикшнисом из Вильнюсского университета, 6 апреля представила в научный журнал свою статью, где тоже описывала процесс расщепления ДНК in vitro системой CRISPR/Cas9 с проводником в виде вариации tracrРНК/crРНК, но не единой молекулы, а двух РНК-фрагментов²³. Статья завершалась сходным выводом: полученные результаты «прокладывают путь к разработке универсальной, программируемой, направляемой РНК» платформы для манипуляций с ДНК. Рукопись бесцеремонно отвергли, и авторы отправили ее в другой журнал. В итоге работу опубликовали лишь в конце сентября, на три месяца позже статьи Даудны и Шарпантье. В науке признание обычно достается тому, кто пришел к финишу первым, и Шикшниса порой называют «забытым человеком CRISPR». Правда, в 2018 году он разделил с Даудной и Шарпантье премию Кавли в области нанотехнологий, размер которой составлял миллион долларов США²⁴. Не приходилось сомневаться, что открытие CRISPR принесет кому-то Нобелевскую премию, вопрос был только, кому и когда. Ответ получили в 2020-м: нобелевскими лауреатами в области химии стали Даудна и Шарпантье.

После первых статей 2012 года появилось множество других, написанных разными научными группами. Так, в 2013-м лаборатории Фэна Чжана (Институт Эли и Эдит Броуд при Массачусетском технологическом институте и Гарварде) и Джорджа Чёрча (Гарвардская медицинская школа) продемонстрировали работу CRISPR/Cas9 в культурах клеток мышей и человека²⁵. Подобно грибам после дождя, в прессе то и дело появлялись материалы, рассчитанные на широкую публику: к 2019 году одна только The New York Times опубликовала больше 100 статей с упоминанием CRISPR. Можно еще многое рассказать об истории изучения CRISPR/Cas, в том числе и о патентных спорах и драмах, проливающих свет на бизнес-составляющую современной науки, однако моя цель – разобрать научную составляющую методов и спектр их применений, а потому вернемся к науке.