Дженнифер Даудна: Переписывая код жизни

Когда она училась в шестом классе в Хило, Гавайи, отец оставил у неё на кровати книгу в мягкой обложке «Двойная спираль» Джеймса Уотсона. Она начала читать её, ожидая детектив, и получила его, но деталь, которая запала ей в память, была связана с Розалинд Франклин. «Именно тогда я впервые осознала, — писала она позже, — что женщина может быть великим ученым». Впоследствии школьный консультант посоветовал ей не заниматься химией, так как «девушки этим не занимаются». В октябре 2020 года она и Эммануэль Шарпантье стали первыми двумя женщинами, разделившими Нобелевскую премию в области естественных наук.

Чужак на Большом острове

Дженнифер Энн Даудна родилась 19 февраля 1964 года в Вашингтоне, округ Колумбия, и была старшей из трех дочерей. Ее отец Мартин был спичрайтером в Министерстве обороны, а мать Дороти преподавала в местном колледже. В 1971 году, когда Дженнифер было семь лет, семья переехала в Хило на Большом острове Гавайев.

Она была «хаоле» (не коренным жителем), и в школе ей было одиноко. Она справлялась с этим, читая и исследуя ландшафты — гуляя в походах и изучая пещеры на острове, который, по ее описанию, предлагал «богатую палитру биологического разнообразия». Изоляция и окружающая среда сделали то, чего, возможно, не сделал бы ни один из этих факторов в отдельности: они превратили замкнутого ребенка в натуралиста.

Помона, Гарвард и мир РНК

Игнорируя советы консультанта, в 1981 году она поступила в колледж Помона и окончила его в 1985 году как лучшая студентка химического факультета. Лето, проведенное в лаборатории Дона Хеммеса за изучением грибковых инфекций папайи, по её словам, дало ей «первый вкус восторга от научного открытия».

Она получила докторскую степень в Гарвардской медицинской школе под руководством Джека Шостака, работая над самореплицирующимися молекулами РНК — исследованием, направленным на изучение самого происхождения жизни. Их статья 1989 года в журнале Nature продемонстрировала синтез комплементарной цепи РНК, катализируемый самой РНК. В 1991 году она переехала в Колорадский университет для работы с Томом Чеком, который получил Нобелевскую премию за открытие того, что РНК может действовать как фермент, и там же освоила рентгеновскую кристаллографию — технику, которую Франклин использовала для изучения ДНК.

Йель и форма фермента

В 1994 году Даудна стала доцентом Йельского университета. Там вместе со своим аспирантом Джейми Кейтом, за которого она позже вышла замуж, она определила первую подробную атомную структуру самосплайсирующегося фермента РНК. Их статья 1996 года в журнале Science считается знаковой: она показала, что РНК сворачивается в сложные трехмерные машины так же, как белки, и закрепила за Даудна статус одного из ведущих структурных биологов за полтора десятилетия до появления CRISPR.

В 2002 году она и Кейт перешли в Калифорнийский университет в Беркли в качестве профессоров колледжа химии и ученых Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли. Они поженились в 2000 году, их сын Эндрю родился в 2002 году.

Чашка чая в Беркли

Вспышка атипичной пневмонии (SARS) в 2002 году подтолкнула её к изучению РНК-интерференции — механизма, с помощью которого небольшие молекулы РНК подавляют гены. Однако решающий шаг пришел со стороны незнакомки. Микробиолог Джиллиан Бэнфилд нашла работу Даудна через поиск в Google и предложила встретиться. За чашкой чая в кафе в Беркли Бэнфилд описала странные повторяющиеся последовательности в бактериальных геномах, перемежающиеся фрагментами вирусной ДНК, которые получили название CRISPR. Никто не знал, что они делают. Бэнфилд задалась вопросом, работают ли они через РНК-интерференцию.

Даудна начала распутывать этот клубок. К 2008 году её группа организовала первую международную конференцию по CRISPR в Беркли, в то время, когда эта область была еще настолько мала, что все участники могли поместиться в одной комнате.

Июнь 2012 года

На конференции по микробиологии в Пуэрто-Рико в 2011 году она встретила Эммануэль Шарпантье, которая изучала ту же систему со стороны бактерий и идентифицировала вторую молекулу РНК, tracrRNA, необходимую для её функционирования. Они договорились о сотрудничестве. Работая с Мартином Джинеком в лаборатории Даудна и Кшиштофом Хылинским в лаборатории Шарпантье, две группы установили, что белок Cas9 направляется к специфической последовательности ДНК с помощью РНК, а затем разрезает обе нити. Более того, они показали, что две природные РНК можно объединить в одну сконструированную одноцепочечную направляющую РНК, и что изменение её последовательности позволит направить Cas9 к любой цели, выбранной экспериментатором.

Статья «Программируемая двух-РНК-направляемая ДНК-эндонуклеаза в адаптивном бактериальном иммунитете» была опубликована онлайн в журнале Science 28 июня 2012 года. То, что было малоизвестной бактериальной иммунной системой, теперь стало, по выражению Института инновационной геномики, инструментом, который «позволяет ученым переписывать ДНК — код жизни — в любом организме, включая клетки человека, с беспрецедентной эффективностью и точностью». Даудна описывает этот период как время «чистого восторга».

Проблема этики, которую она взяла на себя

Почти сразу она начала беспокоиться о том, что помогла выпустить в мир. В 2015 году она публично призвала к мораторию на редактирование зародышевой линии человека и созвала двадцать исследователей в долине Напа для разработки руководящих принципов, а в декабре того же года стала соорганизатором Международного саммита по редактированию генов человека. В 2017 году она в соавторстве с Сэмюэлем Стернбергом написала книгу «Трещина в творении» (A Crack in Creation), чтобы донести свою позицию до широкой аудитории. Когда в 2018 году китайский ученый объявил о рождении детей с отредактированными генами, Даудна начала добиваться международного регулирования и довела дело до слушаний в Сенате США.

В 2014 году она основала Институт инновационной геномики вместе с Джонатаном Вайсманом и помогла запустить компании Editas Medicine и Caribou Biosciences, чтобы внедрить технологию в клиническую практику. В марте 2020 года IGI за считанные недели превратил себя в автоматизированную лабораторию для тестирования на коронавирус и предоставил свои интеллектуальные права на COVID-19 в открытый доступ. Институт стал местом проведения первого одобренного FDA клинического испытания CRISPR для лечения серповидноклеточной анемии.

Почему Дженнифер называют гением

Отличительная черта Даудна — умение распознать в научном любопытстве прикладной инструмент. CRISPR наблюдали и другие; её функцию как бактериальной иммунной системы изучали микробиологи; у Шарпантье был важнейший фрагмент системы. Даудна привнесла два десятилетия размышлений об РНК как о трехмерной машине, а не как о пассивном носителе информации. Именно эта подготовка позволила ей увидеть программируемое устройство для разрезания там, где микробиолог видел лишь интересный защитный механизм. Одноцепочечная направляющая РНК, объединяющая две природные молекулы в один сконструированный компонент, — это инженерное упрощение, превратившее явление в технологию, которой может пользоваться каждый.

Справедливые контраргументы существуют, и она не уклоняется от них. Нобелевская премия была разделена с Шарпантье, и ни одна из них не претендует на единоличное авторство; Джинек и Хылинский проделали большую часть решающей лабораторной работы; Бэнфилд задала вопрос; Фэн Чжан и Джордж Черч вскоре продемонстрировали редактирование CRISPR в клетках человека, после чего последовал длительный патентный спор. CRISPR был, в большей степени, чем большинство открытий, удостоенных Нобелевской премии, результатом схождения многих путей, и заявление Даудна в день вручения премии подтверждает это: награда «признает историю CRISPR и совместную историю превращения её в невероятно мощную инженерную технологию». Уникальность её вклада заключается в структурном озарении, в решении упорно изучать малопонятное бактериальное странное явление в течение четырех лет, прежде чем кто-либо счел его важным, и затем — в необычном выборе потратить свою славу, аргументируя необходимость ограничений на собственное изобретение.

Наследие

Даудна занимает кафедру Ли Кашинга в области биомедицинских наук и наук о здоровье в Беркли, является исследователем Медицинского института Говарда Хьюза, штатным научным сотрудником лаборатории Беркли, старшим исследователем институтов Гладстона и президентом совета директоров IGI. До Стокгольма она получила премию Breakthrough Prize в области наук о жизни в 2014 году, премию Грубера по генетике и премию принцессы Астурийской в 2015 году, премию L'Oréal-UNESCO и премию Гарднера в 2016 году, премию Японии в 2017 году и премию Кавли в области нанонаук в 2018 году. Книга Уолтера Айзексона «Взломщик кода» сделала её публичной фигурой в 2021 году. CRISPR сегодня используется для моделирования заболеваний человека, выведения устойчивых к болезням сельскохозяйственных культур, генного драйва в популяциях комаров и лечения серповидноклеточной анемии у пациентов. Утром, когда была объявлена Нобелевская премия, на вопрос о том, что значит победа двух женщин, Даудна ответила двумя словами: «Женщины — крутые».