Jennifer Doudna: Riscrivere il codice della vita

Quando era in prima media a Hilo, nelle Hawaii, suo padre lasciò un tascabile de La doppia elica di James Watson sul suo letto. Lo lesse aspettandosi una storia poliziesca e ne ottenne una, ma il dettaglio che le rimase impresso fu Rosalind Franklin. "Mi colpì allora per la prima volta", scrisse in seguito, "che una donna potesse essere una grande scienziata". Il suo consulente scolastico le sconsigliò successivamente la chimica, dicendo che non era un campo per ragazze. Nell'ottobre 2020 lei ed Emmanuelle Charpentier sono diventate le prime due donne a condividere un Premio Nobel scientifico.

Un'estranea sulla Grande Isola

Jennifer Anne Doudna è nata il 19 febbraio 1964 a Washington, D.C., la maggiore di tre figlie. Suo padre, Martin, era un redattore di discorsi al Dipartimento della Difesa; sua madre, Dorothy, insegnava in un community college. Nel 1971, quando Jennifer aveva sette anni, la famiglia si trasferì a Hilo sulla Grande Isola delle Hawaii.

Era una haole, una non nativa, e la scuola era solitaria. Lei rispose leggendo e camminando nel paesaggio, facendo escursioni ed esplorando grotte su un'isola che descrive come dotata di "una ricca tavolozza di diversità biologica". L'isolamento e l'ambiente fecero ciò che nessuno dei due avrebbe potuto fare da solo: trasformarono una bambina solitaria in una naturalista.

Pomona, Harvard e il mondo dell'RNA

Ignorando il consulente scolastico, entrò al Pomona College nel 1981 e si laureò nel 1985 come migliore studentessa di chimica. Un'estate nel laboratorio di Don Hemmes studiando l'infezione fungina della papaya le diede, dice, "il mio primo assaggio del brivido della scoperta scientifica".

Ha conseguito il dottorato alla Harvard Medical School sotto Jack Szostak, lavorando su molecole di RNA autoreplicanti, una linea di ricerca mirata all'origine della vita stessa. Il loro articolo del 1989 su Nature ha dimostrato la sintesi di RNA a filamento complementare catalizzata da RNA. Nel 1991 si è trasferita all'Università del Colorado per lavorare con Tom Cech, che aveva vinto un Premio Nobel per aver dimostrato che l'RNA poteva agire come un enzima, e ha imparato la cristallografia a raggi X, la tecnica che Franklin aveva usato sul DNA.

Yale e la forma di un enzima

Doudna è diventata professoressa assistente a Yale nel 1994. Lì, con il suo studente laureato Jamie Cate, che ha poi sposato, ha determinato la prima struttura atomica dettagliata di un enzima a RNA auto-splicing. Il loro articolo del 1996 su Science è considerato una pietra miliare: ha dimostrato che l'RNA si ripiega in complesse macchine tridimensionali proprio come fanno le proteine, e ha affermato Doudna come una delle principali biologhe strutturali del campo un decennio e mezzo prima di CRISPR.

Nel 2002 lei e Cate si sono trasferiti alla UC Berkeley come professori al College of Chemistry e scienziati presso il Lawrence Berkeley National Laboratory. Si erano sposati nel 2000; il loro figlio Andrew è nato nel 2002.

Una tazza di tè a Berkeley

L'epidemia di SARS del 2002 l'ha spinta verso l'interferenza a RNA, il meccanismo attraverso il quale piccole molecole di RNA silenziano i geni. Il passo conseguente, tuttavia, è arrivato da un'estranea. La microbiologa Jillian Banfield ha trovato il lavoro di Doudna tramite una ricerca su Google e ha proposto di parlare. Davanti a un tè in un caffè di Berkeley, Banfield ha descritto strane sequenze ripetute nei genomi batterici, intervallate da frammenti di DNA virale, che erano state chiamate CRISPR. Nessuno sapeva cosa facessero. Banfield si chiedeva se funzionassero tramite l'interferenza a RNA.

Doudna ha iniziato a tirare il filo. Nel 2008 il suo gruppo aveva organizzato la prima conferenza internazionale CRISPR a Berkeley, in un momento in cui il campo era abbastanza piccolo da entrare in una stanza.

Giugno 2012

A una conferenza di microbiologia a Porto Rico nel 2011 ha incontrato Emmanuelle Charpentier, che lavorava sullo stesso sistema dal lato batterico e aveva identificato una seconda molecola di RNA, il tracrRNA, essenziale per la sua funzione. Hanno concordato di collaborare. Lavorando con Martin Jinek nel laboratorio di Doudna e Krzysztof Chylinski in quello di Charpentier, i due gruppi hanno scoperto che la proteina Cas9 era guidata verso una specifica sequenza di DNA dall'RNA, e poi tagliava entrambi i filamenti. Cosa ancora più importante, hanno mostrato che i due RNA naturali potevano essere fusi in un unico RNA guida progettato, e che cambiare la sua sequenza avrebbe inviato Cas9 a qualsiasi bersaglio scelto dallo sperimentatore.

L'articolo, "A Programmable Dual-RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity", è apparso online su Science il 28 giugno 2012. Quello che era stato un oscuro sistema immunitario batterico era ora, secondo la frase dell'Innovative Genomics Institute, uno strumento che "permette agli scienziati di riscrivere il DNA, il codice della vita, in qualsiasi organismo, incluse le cellule umane, con un'efficienza e una precisione senza precedenti". Doudna ha descritto il periodo come uno di "pura gioia".

Il problema etico che ha fatto suo

Quasi immediatamente ha iniziato a preoccuparsi di ciò che aveva contribuito a rilasciare. Nel 2015 ha chiesto pubblicamente una moratoria sull'editing della linea germinale umana e ha convocato venti ricercatori nella Napa Valley per redigere linee guida, poi ha co-organizzato il Summit Internazionale sull'Editing Genetico Umano nel dicembre di quell'anno. Ha co-scritto A Crack in Creation con Samuel Sternberg nel 2017 per presentare l'argomento a un pubblico generale. Quando uno scienziato cinese ha annunciato bambini geneticamente modificati nel 2018, Doudna ha fatto pressione per una regolamentazione internazionale e ha portato il caso davanti ai senatori americani.

Ha fondato l'Innovative Genomics Institute nel 2014 con Jonathan Weissman e ha contribuito a lanciare Editas Medicine e Caribou Biosciences per portare la tecnologia nelle cliniche. Nel marzo 2020 l'IGI si è convertito in poche settimane in un laboratorio automatizzato per i test del coronavirus e ha rilasciato la sua proprietà intellettuale COVID-19 come open source. L'istituto ha poi condotto il primo studio clinico CRISPR approvato dalla FDA per l'anemia falciforme.

Perché Jennifer è chiamata genio

L'abilità distintiva di Doudna è riconoscere che una curiosità è in realtà uno strumento. CRISPR era stato osservato da altri; la sua funzione come sistema immunitario batterico veniva elaborata dai microbiologi; Charpentier aveva il pezzo cruciale dal suo lato. Ciò che Doudna ha portato sono stati due decenni di riflessione sull'RNA come macchina tridimensionale piuttosto che come messaggio passivo, che è precisamente la formazione che le ha permesso di vedere un dispositivo di taglio programmabile dove un microbiologo vedeva un interessante meccanismo di difesa. L'RNA guida singolo, che unisce due molecole naturali in un unico componente ingegnerizzato, è una semplificazione ingegneristica, ed è ciò che ha trasformato un fenomeno in una tecnologia che chiunque poteva usare.

Il contro-argomento onesto è sostanziale ed lei non lo elude. Il Nobel è stato condiviso con Charpentier, e nessuna rivendicherebbe la paternità esclusiva; Jinek e Chylinski hanno svolto gran parte del lavoro di banco decisivo; Banfield ha fornito la domanda; Feng Zhang e George Church hanno dimostrato l'editing CRISPR nelle cellule umane poco dopo, e ne è seguita una lunga disputa sui brevetti su chi ha diritto a cosa. CRISPR è stata, più della maggior parte delle scoperte vincitrici del Nobel, una convergenza, e la stessa dichiarazione di Doudna il giorno della premiazione lo ha confermato: l'onore "riconosce la storia di CRISPR e la storia collaborativa di sfruttarlo in una tecnologia ingegneristica profondamente potente". Ciò che è unicamente suo è l'intuizione strutturale, la decisione di continuare a tirare le fila di una strana curiosità batterica per quattro anni prima che chiunque pensasse che fosse importante, e poi l'insolita scelta di spendere la sua fama per sostenere restrizioni sulla sua stessa invenzione.

Eredità

Doudna detiene la cattedra Li Ka Shing in Scienze Biomediche e della Salute a Berkeley, è ricercatrice dell'Howard Hughes Medical Institute, scienziata presso il Berkeley Lab, ricercatrice senior presso i Gladstone Institutes e presidente del consiglio dell'IGI. Prima di Stoccolma aveva vinto il Breakthrough Prize in Life Sciences nel 2014, il Gruber Prize in Genetics e il Premio Principessa delle Asturie nel 2015, il Premio L'Oréal-UNESCO e il Gairdner nel 2016, il Japan Prize nel 2017 e il Premio Kavli nelle Nanoscienze nel 2018. The Code Breaker di Walter Isaacson l'ha resa una figura pubblica nel 2021. CRISPR è ora usato per modellare malattie umane, allevare colture resistenti alle malattie, guidare geni attraverso popolazioni di zanzare e trattare l'anemia falciforme nei pazienti umani. La mattina dell'annuncio del Nobel, alla domanda su cosa significasse che due donne l'avessero vinto, la risposta di Doudna è stata di due parole: "Le donne spaccano."