Трещина в мироздании. Редактирование генома. Невероятная технология, способная управлять эволюцией

Вскоре после открытия Стэна два исследователя из Северо-Западного университета – Лучано Марраффини и его наставник Эрик Сонтхаймер (с которым мы были знакомы еще со времен, когда он учился в Йеле) – выяснили, что РНК CRISPR действительно способна управлять процессом разрушения ДНК. Работая с еще одним микроорганизмом под названием Staphylococcus epidermidis – сравнительно безобидной бактерией с поверхности кожи человека (но близкой родственницей опасного и устойчивого к антибиотикам штамма золотистого стафилококка Staphylococcus aureus), Лучано спланировал серию элегантных экспериментов, чтобы доказать, что РНК CRISPR нацеливается на ДНК генетических паразитов-вторженцев[66]. Он также показал, что это наведение на цель, скорее всего, производится за счет комплементарных взаимодействий азотистых оснований – единственного процесса, способного обеспечить специфичность, с которой CRISPR уничтожал свою жертву.

Скорость и тщательность проведения этих исследований захватывали дух. Всего за несколько лет после моего знакомства с механизмом CRISPR его изучение из россыпи интересных, но мало что объясняющих работ переросло во всеобъемлющую единую теорию устройства и работы системы приобретенного (адаптивного) иммунитета микроорганизмов. Эта теория была основана на непрерывно растущем множестве экспериментальных исследований, и, хотя к концу двухтысячных было уже опубликовано немало фундаментальных статей, было очевидно, что всем нам предстоит проделать еще больший объем работы, чтобы действительно разобраться в этой мудреной бактериальной системе защиты.

CRISPR, как мы начинали понимать, имеет гораздо более сложное строение, чем можно вообразить для какого-либо компонента простого одноклеточного организма. В некоторых отношениях открытие этой части иммунной системы бактерий поставило их на одну доску с людьми, так как продемонстрировало, что и те и другие обладают сложными формами клеточного ответа на инфекцию. Правда, никто из нас не знал, какое значение эта бактериальная система защиты может иметь для нашего вида.

Глава 3 Взламывая код

Я помню, как в первый раз вошла в настоящую исследовательскую лабораторию, помню звуки, запахи и ощущение открывающихся возможностей – чувства того, как постепенно раскрываются загадки природы. Это был 1982 год, и после первого курса колледжа я приехала к родителям на Гавайи. Мой отец, профессор английского языка в Гавайском университете, договорился со своим коллегой, профессором биологии Доном Хеммесом, о том, чтобы я смогла провести несколько недель в его лаборатории. Вместе с двумя другими студентами я получила возможность исследовать, как гриб Phytophthora palmivora заражает папайю. Изучение этого гриба, доставляющего большие неприятности фермерам, выращивающим папайю, оказалось очень интересным. Он быстро и легко рос в лабораторных условиях, и его можно было фиксировать на разных стадиях развития, благодаря чему мы были способны выявить химические изменения, происходящие во время роста. Тем летом я научилась заливать образцы гриба смолой и делать с них тонкие срезы для анализа под электронным микроскопом. Хотя я посвятила этому проекту лишь небольшое время, в результате нашей работы мы обнаружили нечто важное: ионы кальция играют принципиальную роль в развитии гриба, подавая его клеткам сигнал для роста в ответ на наличие питательных веществ. Тогда я впервые почувствовала трепетное волнение, сопутствующее научному открытию, о котором я столько раз читала раньше, – и теперь мне хотелось испытать его вновь.

Атмосфера умиротворения и спокойной концентрации, характерная для маленькой исследовательской команды Дона Хеммеса, привлекла меня, однако с годами я осознала, что являюсь частью куда большего сообщества ученых и каждый из нас своим путем идет к открытию законов природы. Каждый крошечный шаг вперед был словно еще одной правильно подобранной деталью огромного пазла, в котором работа одного исследователя строится на работе других ради общей цели – сборки цельной картины.

Проект по изучению CRISPR хорошо символизирует этот аспект научной работы: несколько исследователей по всему миру работали над материалами, из которых в конце концов сложится огромная область исследования со всеми возможными последствиями и вариантами практического применения технологии. Когда мы собирали информацию о CRISPR, нашей маленькой командой двигали те же эмоции, что и множеством других ученых: чувство общности, совместной увлеченности и любопытства, – словом, те чувства, что и привлекли меня изначально в мир науки.