Jennifer Doudna: Der Code des Lebens neu geschrieben

Als sie in der sechsten Klasse in Hilo, Hawaii, war, legte ihr Vater ein Taschenbuch von James Watsons Die Doppelhelix auf ihr Bett. Sie las es in der Erwartung einer Detektivgeschichte und bekam auch eine, aber das Detail, das ihr im Gedächtnis blieb, war Rosalind Franklin. "Es traf mich damals zum ersten Mal", schrieb sie später, "dass eine Frau eine große Wissenschaftlerin sein konnte." Ihr Berufsberater in der High School riet ihr später, dass Mädchen keine Chemie machten. Im Oktober 2020 wurden sie und Emmanuelle Charpentier die ersten zwei Frauen, die sich einen Nobelpreis in den Wissenschaften teilten.

Eine Außenseiterin auf der Big Island

Jennifer Anne Doudna wurde am 19. Februar 1964 in Washington, D.C., als älteste von drei Töchtern geboren. Ihr Vater Martin war Redenschreiber im Verteidigungsministerium; ihre Mutter Dorothy unterrichtete an einem Community College. 1971, als Jennifer sieben Jahre alt war, zog die Familie nach Hilo auf Hawaiis Big Island.

Sie war ein Haole, eine Nicht-Einheimische, und die Schule war einsam. Sie reagierte darauf mit Lesen und Spaziergängen in der Landschaft, beim Wandern und Erkunden von Höhlen auf einer Insel, die sie als eine Insel beschreibt, die "eine reiche Palette an biologischer Vielfalt" bietet. Die Isolation und die Umgebung bewirkten, was keines von beidem allein hätte tun können: Sie machten aus einem einsamen Kind eine Naturforscherin.

Pomona, Harvard und die RNA-Welt

Den Berufsberater ignorierend, kam sie 1981 ans Pomona College und schloss 1985 als beste Chemiestudentin ab. Ein Sommer im Labor von Don Hemmes, wo sie Pilzinfektionen bei Papayas untersuchte, gab ihr, wie sie sagt, "meinen ersten Vorgeschmack auf den Nervenkitzel wissenschaftlicher Entdeckung".

Sie promovierte an der Harvard Medical School bei Jack Szostak und arbeitete an selbstreplizierenden RNA-Molekülen, einer Forschungslinie, die auf den Ursprung des Lebens selbst abzielte. Ihr Nature-Artikel von 1989 demonstrierte die RNA-katalysierte Synthese von komplementärer RNA. 1991 wechselte sie an die University of Colorado, um mit Tom Cech zu arbeiten, der einen Nobelpreis dafür gewonnen hatte, dass er zeigte, dass RNA als Enzym wirken konnte, und lernte Röntgenkristallographie, die Technik, die Franklin bei DNA verwendet hatte.

Yale und die Form eines Enzyms

Doudna wurde 1994 Assistenzprofessorin in Yale. Dort bestimmte sie zusammen mit ihrem Doktoranden Jamie Cate, den sie später heiratete, die erste detaillierte atomare Struktur eines selbstspleißenden RNA-Enzyms. Ihr Science-Artikel von 1996 gilt als Meilenstein: Er zeigte, dass sich RNA auf komplexe Weise zu dreidimensionalen Maschinen faltet, so wie es Proteine tun, und etablierte Doudna eineinhalb Jahrzehnte vor CRISPR als eine der führenden Strukturbiologen auf dem Gebiet.

Im Jahr 2002 zogen sie und Cate beide an die UC Berkeley, wo sie Professoren am College of Chemistry und Fakultätswissenschaftler am Lawrence Berkeley National Laboratory wurden. Sie hatten 2000 geheiratet; ihr Sohn Andrew wurde 2002 geboren.

Eine Tasse Tee in Berkeley

Der SARS-Ausbruch von 2002 drängte sie zur RNA-Interferenz, dem Mechanismus, durch den kleine RNA-Moleküle Gene stummschalten. Der entscheidende Schritt kam jedoch von einer Fremden. Die Mikrobiologin Jillian Banfield fand Doudnas Arbeit über eine Google-Suche und schlug vor, dass sie sich unterhalten. Bei einer Tasse Tee in einem Café in Berkeley beschrieb Banfield seltsame wiederholte Sequenzen in bakteriellen Genomen, durchsetzt mit Fragmenten viraler DNA, die CRISPR genannt wurden. Niemand wusste, was sie taten. Banfield fragte sich, ob sie durch RNA-Interferenz funktionierten.

Doudna fing an, an dem Faden zu ziehen. Bis 2008 hatte ihre Gruppe die erste internationale CRISPR-Konferenz in Berkeley organisiert, zu einem Zeitpunkt, als das Feld klein genug war, um in einen Raum zu passen.

Juni 2012

Auf einer Mikrobiologie-Konferenz in Puerto Rico im Jahr 2011 traf sie Emmanuelle Charpentier, die von der bakteriellen Seite her an demselben System gearbeitet und ein zweites RNA-Molekül, tracrRNA, identifiziert hatte, das für seine Funktion wesentlich war. Sie stimmten zu, zusammenzuarbeiten. In der Zusammenarbeit mit Martin Jinek in Doudnas Labor und Krzysztof Chylinski in Charpentiers Labor fanden die beiden Gruppen heraus, dass das Cas9-Protein durch RNA zu einer spezifischen DNA-Sequenz geleitet wurde und dann beide Stränge durchschnitt. Wichtiger noch, sie zeigten, dass die zwei natürlichen RNAs zu einer einzigen manipulierten RNA verschmolzen werden konnten und dass eine Änderung ihrer Sequenz Cas9 zu jedem Ziel senden würde, das der Experimentator wählte.

Der Artikel "A Programmable Dual-RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity" erschien am 28. Juni 2012 online in Science. Was ein obskures bakterielles Immunsystem gewesen war, war nun, nach den Worten des Innovative Genomics Institute, ein Werkzeug, das "Wissenschaftlern erlaubt, DNA, den Code des Lebens, in jedem Organismus, einschließlich menschlicher Zellen, mit beispielloser Effizienz und Präzision neu zu schreiben". Doudna hat die Zeit als eine von "reiner Freude" beschrieben.

Das Ethikproblem, das sie sich selbst machte

Fast sofort begann sie sich Sorgen darüber zu machen, was sie freigesetzt hatte. 2015 forderte sie öffentlich ein Moratorium für die Bearbeitung der menschlichen Keimbahn und berief zwanzig Forscher ins Napa Valley, um Richtlinien zu entwerfen, und organisierte dann im Dezember jenes Jahres den Internationalen Gipfel zur menschlichen Gen-Editierung mit. Sie schrieb 2017 zusammen mit Samuel Sternberg A Crack in Creation, um das Argument einer breiten Leserschaft näherzubringen. Als ein chinesischer Wissenschaftler 2018 gen-editierte Babys ankündigte, drängte Doudna auf internationale Regulierung und trug den Fall vor US-Senatoren.

Sie gründete 2014 zusammen mit Jonathan Weissman das Innovative Genomics Institute und half bei der Gründung von Editas Medicine und Caribou Biosciences, um die Technologie in Kliniken zu bringen. Im März 2020 wandelte sich das IGI innerhalb weniger Wochen in ein automatisiertes Coronavirus-Testlabor um und stellte sein COVID-19-Geistiges Eigentum als Open Source zur Verfügung. Das Institut führte daraufhin die erste von der FDA zugelassene CRISPR-klinische Studie für Sichelzellenanämie durch.

Warum Jennifer ein Genie genannt wird

Doudnas herausragende Fähigkeit ist es zu erkennen, dass eine Kuriosität eigentlich ein Werkzeug ist. CRISPR war von anderen beobachtet worden; seine Funktion als bakterielles Immunsystem wurde von Mikrobiologen erarbeitet; Charpentier hatte das entscheidende Stück von ihrer Seite. Was Doudna einbrachte, waren zwei Jahrzehnte des Nachdenkens über RNA als eine dreidimensionale Maschine statt als eine passive Nachricht, was genau das Training ist, das sie ein programmierbares Schneidegerät sehen ließ, wo ein Mikrobiologe einen interessanten Verteidigungsmechanismus sah. Die einzige RNA-Führung, die zwei natürliche Moleküle in eine entwickelte Komponente zusammenfallen lässt, ist eine Ingenieursvereinfachung, und das ist es, was ein Phänomen in eine Technologie verwandelte, die jeder nutzen konnte.

Das ehrliche Gegenargument ist substanziell und sie weicht ihm nicht aus. Der Nobelpreis wurde mit Charpentier geteilt, und keine würde die alleinige Urheberschaft beanspruchen; Jinek und Chylinski leisteten einen Großteil der entscheidenden Laborarbeit; Banfield lieferte die Frage; Feng Zhang und George Church demonstrierten kurz darauf die CRISPR-Editierung in menschlichen Zellen, und ein langer Patentstreit folgte darüber, wer worauf Anspruch hat. CRISPR war mehr als die meisten Nobelpreis-gekrönten Entdeckungen eine Konvergenz, und Doudnas eigene Aussage am Tag der Preisverleihung sagte genau das: Die Ehre "erkennt die Geschichte von CRISPR und die kollaborative Geschichte an, es in eine zutiefst mächtige Ingenieurstechnologie zu verwandeln". Was einzigartig ihr gehört, ist die strukturelle Einsicht, die Entscheidung, vier Jahre lang an einer obskuren bakteriellen Eigenart weiterzuziehen, bevor irgendjemand dachte, dass es von Bedeutung wäre, und dann die ungewöhnliche Wahl, ihren Ruhm damit zu verbringen, für Einschränkungen ihrer eigenen Erfindung zu argumentieren.

Vermächtnis

Doudna hält den Li Ka Shing Chancellor's Chair in Biomedical and Health Sciences in Berkeley, ist Forscherin am Howard Hughes Medical Institute, Fakultätswissenschaftlerin am Berkeley Lab, leitende Forscherin an den Gladstone Institutes und Präsidentin sowie Vorstandsvorsitzende des IGI. Vor Stockholm hatte sie 2014 den Breakthrough Prize in Life Sciences, 2015 den Gruber Prize in Genetics und den Prinzessin-von-Asturien-Preis, 2016 den L'Oréal-UNESCO-Preis und den Gairdner, 2017 den Japan-Preis und 2018 den Kavli-Preis in Nanowissenschaften gewonnen. Walter Isaacsons The Code Breaker machte sie 2021 zu einer öffentlichen Figur. CRISPR wird heute verwendet, um menschliche Krankheiten zu modellieren, krankheitsresistente Nutzpflanzen zu züchten, Gene durch Mückenpopulationen zu treiben und Sichelzellenanämie bei menschlichen Patienten zu behandeln. Am Morgen der Nobelpreisbekanntgabe gefragt, was es bedeute, dass zwei Frauen ihn gewonnen hätten, war Doudnas Antwort zwei Wörter: "Frauen rocken."