Как химики учились переписывать «код жизни»

За что Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудна получили Нобелевскую премию по химии 2020 г.
Нобелевских лауреатов по химии 2020 г. объявили 7 октября /Henrik MONTGOMERY / TT News Agency / AFP

Француженке Эмманюэль Шарпантье и американке Дженнифер Дудне присудили Нобелевскую премию за метод редактирования генома CRISPR/Cas9. В пресс-релизе Нобелевского фонда их метод поэтически назван «переписыванием кода жизни».

Генетические ножницы CRISPR/Cas9 позволяют вырезать и вставлять куски ДНК. Широкая общественность узнала о них в 2018 г., когда китайский ученый Хэ Цзянькуй создал первых в мире генно-модифицированных людей, устойчивых к ВИЧ. Но подобные эксперименты на людях осудили во всем мире, и в итоге Хэ отбывает тюремный срок.

Еще до прецедента с Хэ существовали опасения, что использование генетических ножниц позволит создать, как писала The New York Times (NYT), «антиутопическое будущее, в котором ученые выведут элитную популяцию дизайнерских младенцев с повышенным интеллектом, красотой или другими особенностями». Однако эта технология сулит больше благ, чем рисков. Например, с ее помощью можно лечить рак и бороться с наследственными заболеваниями.

Шарпантье исследовала бактерию Streptococcus pyogenes, возбудителя скарлатины и других инфекций. Она описала ее способность защищаться от вирусов, расщепляя их ДНК. В 2011 г. она опубликовала подробное описание этой способности и в том же году познакомилась с Дудной, у которой был большой опыт работы с РНК. Работая по разные стороны Атлантического океана, они совместными усилиями выяснили, как разрезать ДНК в заранее определенном месте. Благодаря своей простоте система CRISPR/Cas9 стала самым популярным среди ученых методом генетического редактирования.

Как Шарпантье стала странницей

Шарпантье родилась в 1968 г. в небольшом городке недалеко от Парижа. Родители поддерживали все ее идеи, от увлечения фортепиано до балета. В конце концов Шарпантье определилась, чего хочет от жизни: поднять медицину на новый уровень. Она окончила Университет Пьера и Марии Кюри в Париже и защитила диссертацию в Институте Пастера, исследуя фрагменты ДНК бактерий, которые позволяют им приобретать иммунитет к лекарствам.

Эмманюэль Шарпантье /Max Planck Gesellschaft

Шарпантье мечтала руководить лабораторией в Институте Пастера. Самый быстрый способ добиться этого поста – стажироваться несколько лет за границей, рассудила она. «Я была типичным французским студентом 1990-х – я была уверена, что после короткой поездки за рубеж всю оставшуюся жизнь проработаю на родине», – рассказывала она журналу Nature.

Забегая вперед: стать завлабораторией ей удалось, а вот осесть на родине – нет. За последние 20 лет ей пришлось открывать с нуля лаборатории в девяти институтах в пяти странах, подсчитала Шарпантье. Коллеги описывают ее как миниатюрную женщину с сильной волей, энергичную и целеустремленную.

Задумав отъезд из Франции, Шарпантье разослала полсотни писем в лаборатории США с просьбой о работе и получила множество предложений. Она выбрала Рокфеллеровский университет в Нью-Йорке, чтобы работать над патогеном Streptococcus pneumoniae. Сменив несколько мест работы в Америке, Шарпантье с удивлением обнаружила, что не тоскует по дому. Когда в 2002 г. пришло время возвращаться в Европу, она выбрала Вену и следующие семь лет проработала там и, по ее словам, сильно зависела от грантов. Как-то она заметила, что ее карьера оказалась тяжелее, чем могла быть: в наши дни молодому исследователю большой грант получить значительно проще.

Знакомство с Дудной

В Вене Шарпантье вплотную занялась способностью некоторых бактерий атаковать вирус, разрезая его ДНК. Но в Австрии она не чувствовала себя как дома. Виной тому, по ее признанию, была местная имперская архитектура. В 2009 г. Шарпантье перебралась в Университет Умео в Швеции, в котором незадолго до того открыли хорошо оснащенный центр микробиологических исследований. Она полюбила небольшой уютный городок Умео и даже нашла прелесть в длинных темных зимах: они позволяли сосредоточиться на работе.

Шарпантье была готова рассказать научному сообществу о результатах своей работы уже в 2009 г. Во время переезда в Швецию ей не раз приходилось останавливать машину на обочине и обсуждать с коллегами дальнейшие действия. Они понимали всю важность обнаруженного ими способа разрезать ДНК. Но боялись, что их открытие украдут. В обстановке секретности Шарпантье с коллегами проработали еще более года. Только осенью 2010 г. они написали статью для журнала Nature, и Шарпантье осмелилась выступить с отчетом о своих исследованиях на конференции в Нидерландах.

С тех пор она делала доклады на многих научных мероприятиях. Во время одного из них в 2011 г. в Пуэрто-Рико она познакомилась с Дженнифер Дудной, и обе были так очарованы друг другом, что решили работать вместе.

Дженнифер Дудне /Jussi Puikkonen / KNAW

Дудна родилась в 1964 г. в Вашингтоне, но большая часть ее детства прошла на Гавайях, где отец преподавал литературу в местном университете. Высокая девочка со светлыми волосами и голубыми глазами была не похожа на других детей, в основном полинезийского и азиатского происхождения. «Думаю, что в их глазах я выглядела уродом, – рассказывала Дудна NYT. – И я чувствовала себя уродом». Одиночество сделало ее книжным ребенком, и в конце концов, повзрослев, Дудна выбрала научную карьеру. А интерес к биохимии возник у нее после прослушанной в старших классах лекции о том, как обычные клетки внезапно становятся злокачественными.

Дудна окончила Колледж Помона в Калифорнии и поступила в аспирантуру Гарварда. Поработав в нескольких американских институтах, она к 2002 г. оказалась в Калифорнийском институте в Беркли, где трудится до сих пор. В 2005 г. она впервые услышала о способности некоторых бактерий разрезать ДНК. После ее знакомства с Шарпантье понадобился всего год, чтобы они разработали простую и быструю методику редактирования генома.

Наука и деньги

Опубликовав совместную с Дудной работу о генетических ножницах, Шарпантье решила в очередной раз изменить свою жизнь. Во-первых, в 2013 г. она переехала в Германию, где успела поработать на несколько исследовательских центров, а сейчас возглавляет Институт инфекционной биологии Общества Макса Планка. Во-вторых, в том же году стала одним из основателей биотехнологической компании CRISPR Therapeutics (первоначальное название – Inception Genomics), разрабатывающей методы лечения с помощью изменения ДНК. В 2016 г. стартап провел IPO, получив $14 за акцию. Сейчас котировки подбираются к $100. Позже она вошла в соучредители еще одного стартапа такой же направленности – ERS Genomics.

Надо заметить, что Дудна еще в 2011 г. стала соосновательницей стартапа Caribou Biosciences, а позже участвовала в создании стартапов Editas Medecine, Scribe Therapeutics и Mammoth Biosciences. Все они ищут способы коммерциализации использования CRISPR/Cas9.

И все они стали участниками громкого патентного спора в США, разгоревшегося между двумя институтами. Первая работа о практическом применении CRISPR/Cas9 была опубликована в конце 2012 г. Шарпантье и Дудной (которая, как уже сказано, работает в Калифорнийском институте в Беркли). Весной следующего года Дудна подала заявку на оформление патента. А осенью документы на патент подал ученый Фэн Чжан из Института Броуда. Хотя его заявка была второй, патент он получил первым, так как попросил об ускоренной процедуре регистрации.

После этого Дудна вышла из состава учредителей Editas Medecine – стартапа, среди основателей которого был Фэн Чжан. А оба института и стартапы, которым они выдали право на использование их интеллектуальной собственности, схлестнулись между собой в судебных спорах о том, кто должен обладать эксклюзивными правами на изобретение.

Судьи Апелляционного суда США по федеральному округу в 2018 г. не отдали право первооткрывателя ни одной из сторон. Они посчитали, что в патентах речь идет о разных аспектах изобретения, все патенты признали действующими, и оба института подтвердили свое право выдавать эксклюзивные лицензии на использование CRISPR/Cas9. На этом судебные баталии не стихли и продолжаются до сих пор. А вот Нобелевский комитет Шведской королевской академии наук, который присуждает премии по физике, химии и экономике, отдал лавры первооткрывателей Шарпантье и Дудне.