Эммануэль Шарпантье: Ученый, который постоянно двигался вперед

В одиннадцать или двенадцать лет она сказала матери, что будет работать в Институте Пастера. И она это сделала. Затем она ушла, и продолжала уходить: тринадцать учреждений в девяти городах и пяти странах — карьера, построенная на сознательном отказе осесть где-либо в комфорте. Прозрение, принесшее ей Нобелевскую премию по химии, по ее словам, посетило ее во время поездок между Веной и лабораторией на севере Швеции.

Детство в Париже и обещание

Эммануэль Мари Шарпантье родилась 11 декабря 1968 года в Жювизи-сюр-Орж, к югу от Парижа. Ее мать работала в области психиатрии, отец планировал городские зеленые насаждения, у нее была старшая сестра. Ее дед по отцовской линии, носивший фамилию Синанян, бежал от геноцида армян и поселился в Марселе. Свою неугомонность она приписывает тете-миссионеру, которая предсказала ее будущее.

Параллельно со школой она несколько лет серьезно занималась фортепиано, балетом и современным танцем, и никогда не считала это второстепенным. «Искусство оказало значительное влияние на мою научную карьеру», — говорит она. «Нужна строгость, но нужно уметь и отпускать ситуацию». Это точное описание сочетания, которое требовала ее более поздняя работа.

Пастер и долгий американский путь

Она изучала биохимию, микробиологию и генетику в Университете Пьера и Марии Кюри в Париже, затем выполнила детское обещание, защитив докторскую диссертацию в Институте Пастера в 1992–1995 годах под руководством Патриса Курвалена, работая над устойчивостью Listeria к антибиотикам. Она преподавала в Университете Пьера и Марии Кюри и осталась в Пастере в качестве постдокторанта.

В 1996 году она уехала в США и прожила там шесть лет, сначала в Рокфеллеровском университете в Нью-Йорке с Элейн Туоманен, изучая Streptococcus pneumoniae, затем в качестве ассистента-исследователя в Медицинском центре Нью-Йоркского университета, а затем в Детской исследовательской больнице Св. Иуды в Мемфисе и Институте Скирболла. Бактериальные патогены и, в частности, способы регуляции бактериями собственной вирулентности, стали ее темой.

Вена, затем север Швеции

В 2002 году она вернулась в Европу, чтобы возглавить собственную лабораторию в Венском университете, а позже стала доцентом в лабораториях Макса Ф. Перуца. В 2004 году она обнаружила небольшую регуляторную РНК-молекулу, контролирующую производство факторов вирулентности у Streptococcus pyogenes, бактерии, вызывающей ангину, а в агрессивных формах — «болезнь, пожирающую плоть». Это было начало всего: она уже думала о малых некодирующих РНК как о системе управления поведением бактерий.

Затем, около 2008 года, она сделала то, что озадачило ее коллег. Она оставила Вену и уехала в Университет Умео на крайнем севере Швеции, вдали от центров европейской молекулярной биологии. «Переезд в Умео был, безусловно, рискованным», — говорила она. «Но в конечном итоге это было абсолютно верное решение». Этот паттерн повторяется на протяжении всей ее карьеры: она переезжает, когда ей становится комфортно, исходя из теории, что именно в дискомфорте рождаются идеи.

tracrRNA

Последовательности CRISPR были замечены в геномах бактерий и в целом понимались как своего рода адаптивная иммунная система: бактерии сохраняли фрагменты вирусной ДНК, чтобы в следующий раз распознать захватчика. Никто не понимал сам механизм. В 2011 году, в статье в Nature, написанной вместе с ее студенткой Элицей Делчевой, которая выполнила большую часть лабораторной работы, Шарпантье идентифицировала ранее неизвестную молекулу, которую она назвала tracrRNA, и показала, что она необходима для процессинга CRISPR-РНК в ее зрелую форму. Система состояла не из двух компонентов, а из трех: двух РНК-молекул и фермента Cas9.

Это открытие по праву принадлежит только ей, и это то открытие, без которого ничего бы не заработало.

Одна РНК вместо двух

В 2011 году на конференции в Сан-Хуане, Пуэрто-Рико, она встретила Дженнифер Даудну, структурного биолога, которая подходила к CRISPR с другой стороны. Они договорились о сотрудничестве: группа Шарпантье в Умео отвечала за биологию, группа Даудны в Беркли — за биохимию и структуру, а Кшиштоф Чилиньски и Мартин Джинек проводили эксперименты.

Радикальное предложение Шарпантье, придуманное во время поездок между Веной и Умео, заключалось в том, чтобы объединить две РНК в одну. Если бы crRNA и tracrRNA можно было соединить в единую инженерную химеру, исследователю нужно было бы просто прописать последовательность в эту направляющую молекулу, и Cas9 разрезал бы ДНК там, где они хотели. Совместная статья в Science в 2012 году доказала именно это и превратила бактериальную диковинку в программируемый инструмент. В 2013 году Шарпантье совместно с Роджером Новаком и Шоном Фоем основала компании CRISPR Therapeutics и ERS Genomics для коммерциализации технологии.

Дисциплина художника

Шарпантье снова переехала — в Центр исследований инфекций имени Гельмгольца в Брауншвейге и Ганноверскую медицинскую школу в 2013 году, а затем в октябре 2015 года в Берлин на должность научного директора Института инфекционной биологии общества Макса Планка. В 2018 году она основала и возглавила Отдел науки о патогенах Макса Планка, она также является почетным профессором Университета Гумбольдта. Она остается бактериологом: ее интерес по-прежнему заключается в том, как работают патогены, а CRISPR для нее был вопросом об иммунитете бактерий, который оказался судьбоносным.

Почему Эммануэль называют гением

Особое качество Шарпантье — тонкий слух к аномальным мелочам. Регуляторная РНК у S. pyogenes, открытая в 2004 году, и открытие tracrRNA в 2011 году — примеры одного и того же навыка: замечать молекулу, которую никто не классифицировал, в системе, которую все считали понятной, и правильно оценивать ее как центральную, а не случайную. Cas9 без tracrRNA — не инструмент, и никакая структурная биология сама по себе не нашла бы его; это пришло от микробиолога, внимательно наблюдавшего за стрептококком.

Второе качество — готовность к профессиональному риску, который кажется эксцентричным, пока не начинает приносить плоды. Уход из Вены в Умео стоил ей близости, связей и удобства, но именно там произошла работа с CRISPR. Она описывает это скорее в художественных, чем в научных терминах, что необычно и, вероятно, точно: строгость плюс готовность отпустить ситуацию.

Честный контраргумент заключается в том, что CRISPR-Cas9 стал продуктом тесной конкуренции. Франсиско Мохика идентифицировал последовательности CRISPR; Виргиниюс Шикшнис независимо пришел к схожим выводам и разделил премию Кавли с Шарпантье и Даудной; Фэн Чжан и Джордж Черч заставили систему работать в клетках человека за считанные месяцы. Шарпантье не создавала инструмент в одиночку, и Нобелевская премия, которую она делит с Даудной, была присуждена за совместно написанную статью. Она также не стремилась сама к терапевтическому применению, оставаясь фундаментальным ученым по выбору. Ее собственная позиция заключается в том, что в этом и смысл: «Фундаментальные исследования необходимы для прогресса». Что касается этики, она кратка и однозначна: «CRISPR-Cas9 может принести огромную пользу человечеству, но, конечно, мы должны обращаться с ним ответственно».

Наследие

Награды посыпались градом: премия Луи-Жанте, премия Breakthrough, премия принцессы Астурийской, премия Эрнста Юнга и премия Грубера по генетике в 2015 году; премия Тан, премия Гарднера, премия Лейбница, премия Л'Ореаль-ЮНЕСКО, медаль Отто Варбурга, премия Уоррена Альперта и рыцарское звание ордена Почетного легиона в 2016 году; премия Японии, орден «За заслуги» и премия BBVA за рубежи знаний в 2017 году; премия Кавли в области нанонаук и премия Харви в 2018 году; премия Вольфа по медицине и Нобелевская премия по химии в 2020 году — первая научная Нобелевская премия, присужденная двум женщинам без участия мужчин. В 2023 году она была включена в Национальный зал славы изобретателей, в 2024 году избрана иностранным членом Лондонского королевского общества, является членом девяти академий и обладателем двенадцати почетных докторских степеней. CRISPR Therapeutics, соучредителем которой она является, помогла вывести на рынок первую одобренную генную терапию CRISPR для пациентов с серповидно-клеточной анемией. Она остается в Берлине, продолжая работать над изучением бактерий.