Полная версия
Одержимость Мохики солелюбивыми микроорганизмами Санта-Полы привела к впечатляющим результатам в его фундаментальных исследованиях. «Это получение знаний через познание, чтобы расширить знания», – говорит он[89]. По мнению Мохики, ключ к загадке любви галофераксов к соли должен заключаться в их кольцевой молекуле ДНК. Это стало ясно не сразу: первая полная последовательность генома микроорганизма была получена только в 1995 г. группой Клэр Фрейзер и Крейга Вентера, которые также первыми расшифровали полный геном архей двумя годами позже. Лаборатория Мохики не была богатым центром геномных исследований с новейшим оборудованием для секвенирования ДНК. В начале 1990-х для многих ученых секвенирование оставалось обременительным ручным процессом, включавшим в себя заливку большого пласта геля между двумя стеклянными пластинами и последующее разделение радиоактивных фрагментов ДНК по размеру с помощью электрического тока. По полученному изображению лэддера (от англ. ladder – «лестница») на чувствительной рентгеновской пленке Мохика мог «читать» последовательность ДНК.
Во время одной из своих первых попыток секвенирования в августе 1992 г. Мохика увидел нечто настолько удивительное, что решил, что все сделал неправильно. Он получил странные повторяющиеся последовательности, каждую длиной около 30 оснований, что он, как и положено, указал в своей первой статье[90]. «Нам просто повезло, – заметил он после секвенирования менее 1 % генома галоферакса. – Это была первая статья, где к CRISPR отнеслись серьезно»[91]. Мохика также обнаружил, что эти повторы, к удивлению, транскрибируются в РНК, что позволяет предположить наличие у них какой-то функции.
«Когда вы видите что-то необычное, у вас нет другого выхода, кроме как исследовать это. Я подумал, что над этим хорошо было бы продолжить работу», – говорит он, пока мы продолжаем прогулку по солончакам. Он догадывался, что загадочные повторы могут быть как-то связаны с адаптацией к концентрации соли, возможно за счет изменения их конфигурации, а следовательно, активности генов, при регистрации колебаний осмотического давления клетки. «В то время суперспирализация [ДНК] была ответом на все вопросы, связанные с регуляцией экспрессии генов!» Это была хорошая гипотеза, но неверная[92].
Работая в университетской библиотеке в неурочное время, Мохика в конце концов обнаружил статью японских ученых за 1987 г. В ней Ацуо Наката и Йосизуми Исино[93] из Университета Осаки описали аналогичный повторяющийся мотив в геноме E. coli. Секвенируя исследуемый ген, японская группа заметила необычную соседнюю последовательность с характерными повторами, похожими на круги на полях, вырезанные на поверхности ДНК. Этот участок состоял из серии (кластера) коротких повторов палиндромной последовательности (читающихся одинаково в прямом и обратном направлении). Повторы, состоящие из двадцати девяти букв, были отделены друг от друга отрезком уникальной последовательности из тридцати двух оснований (спейсерами). Однако, поскольку никто до этого не видел ничего подобного и ничто не говорило об их биологической функции, исследователи не придали этому значения. Команда, как положено, описала и опубликовала свои наблюдения, которые в то время не привлекли к себе внимания[94].
Два года спустя[95] Мохика описал короткую последовательность, повторяющуюся сотни раз в тандемном повторе, охватывающем более 1000 оснований. Между каждой парой таких повторов была уникальная последовательность ДНК с неизвестной функцией. Руководитель Мохики предложил назвать эти повторы, которые также наблюдались у другого экстремофила – архей, любящих вулканы, TREP (от англ. tandem repeats – «тандемные повторы»). Несомненно, должна быть причина, по которой до 2 % драгоценной, компактной ДНК прокариот выделено под эти странные повторы. «Микроорганизмы не могут позволить себе такую роскошь, – думал Мохика. – Они должны выполнять важную функцию»[96].
Другие ученые тоже сталкивались с такими повторами. Немецкий микробиолог Бернд Мазеполь ломал голову над фрагментом ДНК с тринадцатью повторами, найденным в цианобактериях, который он назвал LTRR, что означает «длинное тандемно повторяющееся повторение» (от англ. long tandemly repeated repetitive). Однако, сосредоточившись на этих участках ДНК, Мазеполь не обратил внимания на уникальные последовательности, расположенные между ними[97]. Другая команда также была близка к разгадке тайны повторов ДНК. В 2002 г. Евгений Кунин, российский специалист по вычислительной биологии из Национального центра биотехнологической информации при Национальном институте здравоохранения США, и его коллега Кира Макарова описали серию бактериальных генов, которые, как они подозревали, входят в систему репарации ДНК[98]. Вот только они не поняли, что эти гены располагались рядом с участком CRISPR и, как мы вскоре увидим, играли важную роль в работе CRISPR и в редактировании генов.
После нескольких лет работы в Оксфордском университете Мохика вернулся в Аликанте в 1997 г., чтобы собрать собственную научную группу. Получив небольшое финансирование, Мохика попытался провести несколько недорогих экспериментов, «хотя и понятия не имел о биоинформатике». Вопрос, который не давал покоя, касался происхождения спейсерной ДНК – последовательностей, вкрапленных между повторами. «Искать по базам данных и ждать, когда хоть что-нибудь найдется, несложно, но мы ничего не получали – до 2003 г.». К тому времени базы данных последовательностей ДНК были переполнены геномами бактерий и архей, многие из которых содержали версии этих повторов.
В 2000 г. Мохика переименовал объект своей одержимости в SRSR (от англ. short regularly spaced repeats – «короткие регулярно расположенные повторы»). Это название просуществовало недолго. Позже он обменялся электронными письмами с Руудом Янсеном из Нидерландов, который изучал семейство генов, примыкающих к загадочным повторам. Янсен чувствовал необходимость обозначить открытие как-то иначе, поэтому Мохика предложил CRISPR. 21 ноября 2001 г. Янсен ответил ему, восторженно выразив свое одобрение:
Дорогой Франсис,
Какая замечательная аббревиатура – CRISPR! Я считаю, что каждая буква, которой не хватало в других версиях, делала их менее «хрустящими», поэтому я предпочитаю более энергичный CRISPR, а не SRSR и SPIDR[99].
У CRISPR наконец-то появилось название, как и у группы необычных генов, которые, казалось, были связаны с элементами CRISPR. Янсен разумно, хотя и без всякого воображения, назвал их Cas (от англ. CRISPR-associated – «связанные с CRISPR»). В то время Мохика был все еще сосредоточен на изучении любопытных спейсеров CRISPR.
В конце концов прорыв был совершен красивым вечером в августе 2003 г. Мохика проводил со своей женой отпуск недалеко от дома, около соляных озер. Из-за жары Мохика нашел повод вернуться в лабораторию, оборудованную кондиционером, где он мог провести еще несколько компьютерных поисков. Это было обычным делом, почти как в видеоигре: Мохика копировал последовательность одного из загадочных спейсеров и вводил ее в компьютерную программу BLAST, которая искала совпадения в огромной базе данных ДНК – GenBank. Мохика запускал этот поиск сотни раз, но безрезультатно. Коллеги говорили, что это пустая трата времени. Но в тот день, к его удивлению, компьютер зафиксировал совпадение. Один конкретный спейсер из E. coli соответствовал участку вирусной ДНК под названием P1, который, что важно, инфицирует эту же бактерию. В течение последующих недель Мохика каталогизировал десятки других совпадений между спейсерами CRISPR и различными вирусами.
В октябре Мохика отправил самую важную статью в своей жизни в ведущий журнал – Nature. «Я помню, что заголовок звучал так: "Повторы прокариот участвуют в работе иммунной системы". Чтобы убедить редактора и рецензентов, мы написали, что открытие приобретенной иммунной системы прокариот будет иметь огромное значение для биологии и клинических наук. И каков был результат? Нашу работу даже не рассмотрели!»[100]
Возможно, что-то неверно перевели, но редакторы журнала Nature не нашли эту идею концептуальным достижением, «представляющим достаточный общий интерес», которого заслуживают публикации на его престижных страницах. Мохика подал апелляцию, утверждая, что это первое описание бактериальной иммунной системы с функцией памяти. Сотрудники Nature указали, что они готовы пересмотреть свое решение, если им будет предоставлено описание механизма, лежащего в основе этого свойства иммунитета. Однако группа Мохики не смогла найти экспериментального подтверждения гипотезе. Все, что у них было, – это бесспорное доказательство в виде последовательностей. Одна из причин, как оказалось, заключается в том, что CRISPR не работала в наиболее популярном лабораторном материале, E. coli[101]. Как если бы у Мохики были уличающие вещественные доказательства, но не было видеозаписи с камер наблюдения.
Мохика зализал раны и подал статью на рассмотрение в другой журнал… и еще в другой. Три журнала, включая Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), отказались от CRISPR. Каждая задержка публикации увеличивала вероятность, что Мохику обойдут конкуренты. Наконец в октябре 2004 г. он отправил рукопись в малоизвестный журнал, специализирующийся на эволюции. Прошло целых полгода, прежде чем он получил одобрение от редактора. Три месяца спустя его статья была принята в печать. «Эти два года были для меня кошмаром, – рассказывает он. – Когда у вас в руках есть что-то настолько сенсационное и вы отправляете это в очень хорошие журналы – и все они решают, что это недостаточно интересно для публикации, – вы думаете, я что, сумасшедший? или здесь что-то не так?»[102]
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
Сноски
1
Jon Cohen, "What now for human genome editing?," Science 362, (2018): 1090–1092. http://science.sciencemag.org/content/362/6419/1090.
2
CRISPR (от англ. clustered regularly interspaced short palindromic repeats – «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами») – особые локусы бактерий и архей, состоящие из прямых повторяющихся последовательностей, которые разделены уникальными последовательностями (спейсерами). Спейсеры заимствуются из чужеродных генетических элементов, с которыми сталкивалась клетка (бактериофагов, плазмид). – Прим. ред.
3
Antonio Regalado, "Exclusive: Chinese scientists are creating CRISPR babies," MIT Technology Review, November 25, 2018, https://www.technologyreview.com/s/612458/exclusive-chinese-scientists-are-creating-crispr-babies/.
4
Marilynn Marchione, "Chinese researcher claims first gene-edited babies," Associated Press, November 26, 2018, https://www.apnews.com/4997bb7aa36c45449b488e19ac83e86d.
5
Sui-Lee Wee, "Chinese Scientist Who Genetically Edited Babies Gets 3 Years in Prison," The New York Times December 31, 2019, https://www.nytimes.com/2019/12/30/business/china-scientist-genetic-baby-prison.html.
6
"The era of human gene-editing may have begun. Why that is worrying," The Economist, December 1, 2018, https://www.economist.com/leaders/2018/12/01/the-era-of-human-gene-editing-may-have-begun-why-that-is-worrying.
7
Elizabeth Pennisi, "The CRISPR Craze," Science 341, (2013): 833–836, https://science.sciencemag.org/content/341/6148/833.
8
"Editing Humanity," The Economist, August 22, 2015, https://www.economist.com/leaders/2015/08/22/editing-humanity.
9
Fraser Nelson, "The return of eugenics," The Spectator, April 2016, https://www.spectator.co.uk/article/the-return-of-eugenics.
10
Antonio Regalado, "Who Owns the Biggest Biotech Discovery of the Century?," MIT Technology Review, December 4, 2014, https://www.technologyreview.com/s/532796/who-owns-the-biggest-biotech-discovery-of-the-century/.
11
Amy Maxmen, "The Genesis Engine," Wired, August 2015, https://www.wired.com/2015/07/crispr-dna-editing-2/.
12
Однажды в середине 1980-х Фрэнсис Коллинз позировал фотокорреспонденту в лабораторном халате с иголкой в руках перед огромным снопом сена – точная метафора о ДНК-детективах, выискивающих в геноме единственную орфографическую ошибку среди трех миллиардов букв. – Здесь и далее примечания автора, если не указано иное.
13
Kevin Davies, "Nature, genetics and the Niven factor," Nature Genetics 39, (2007): 805–806, https://www.nature.com/articles/ng0707–805.
14
Kevin Davies and Michael White, Breakthrough: The Race to Find the Breast Cancer Gene (New York: John Wiley & Sons, 1995).
15
Adam Liptak, "Justices, 9–0, Bar Patenting Human Genes," The New York Times, June 13, 2013, https://www.nytimes.com/2013/06/14/us/supreme-court-rules-human-genes-may-not-be-patented.html.
16
Kevin Davies, Cracking the Genome (New York: Free Press, 2001).
17
Оба профессора, Шанкар Баласубраманиан и Дэвид Кленерман, были посвящены в рыцари.
18
Kevin Davies, The $1,000 Genome (New York: Free Press, 2010).
19
Fastest genetic diagnosis, Guinness World Records, February 3, 2018, https://www.guinnessworldrecords.com/world-records/413563-fastest-genome-sequencing/.
20
При нанопоровом секвенировании двойная спираль ДНК «расстегивается», что позволяет пропустить одну из ее цепей через нанопору – бактериальный белок в форме пончика. Измеряя электрический ток при прохождении ДНК через пору подобно поезду метро, устройство Oxford Nanopore может преобразовывать эту электрическую кривую в соответствующую последовательность ДНК.
21
Julianna LeMieux, "MGI Delivers the $100 Genome at AGBT Conference," Genetic Engineering and Biotechnology News, February 26, 2020, https://www.genengnews.com/news/mgi-delivers-the-100-genome-at-agbt-conference/.
22
Gina Kolata, "Who Needs Hard Drives? Scientists Store Film Clip in DNA," The New York Times, July 12, 2017, https://www.nytimes.com/2017/07/12/science/film-clip-stored-in-dna.html.
23
Y. Shao et al., "Creating a functional single-chromosome yeast," Nature 560, (2018): 331–335.
24
Matthew Warren, "Four new DNA letters double life's alphabet," Nature, February 21, 2019, https://www.nature.com/articles/d41586–019–00650–8.
25
James D. Watson, Andrew Berry, and Kevin Davies, DNA: The Story of the Genetic Revolution (New York: Knopf, 2017).
26
Ежегодная премия за прорыв в науке в размере $3 млн для каждого лауреата примерно в десять раз превышает третью долю Нобелевской премии, общая сумма которой составляет $900 000.
27
Rob Stein, "In a 1st, Doctors in U. S. Use CRISPR Tool To Treat Patient With Genetic Disorder," NPR, July 29, 2019, https://www.npr.org/sections/health-shots/2019/07/29/744826505/sickle-cell-patient-reveals-why-she-is-volunteering-for-landmark-gene-editing-st.
28
Michael Specter, "How the DNA Revolution Is Changing Us," National Geographic, August 2016, https://www.nationalgeographic.com/magazine/2016/08/dna-crispr-gene-editing-science-ethics/.
29
Пер. М. Донского.
30
Пер. В. Нуриева.
31
Bill Whitaker, "CRISPR: The gene-editing tool revolutionizing biomedical research," 60 Minutes, April 29, 2018, https://www.cbsnews.com/news/crispr-the-gene-editing-tool-revolutionizing-biomedical-research/.
32
#MeToo.
33
К сожалению, проект «Геном человека» показал, что наши знания о последовательности ДНК человека не являются полными. Даже последние технологии секвенирования ДНК пока не позволяют прочесть некоторые части генома человека.
34
William Kaelin, "Why we can't cure cancer with a moonshot," The Washington Post, February 11, 2020, https://www.washingtonpost.com/opinions/the-problem-with-trying-to-cure-cancer-with-a-moonshot/2020/02/11/87632bba-2d84–11ea-9b60–817cc18cf173_story.html.
35
Lesley Goldberg, "Jennifer Lopez Sets Futuristic Bio-Terror Drama at NBC (Exclusive)," The Hollywood Reporter, October 18, 2016, https://www.hollywoodreporter.com/live-feed/jennifer-lopez-sets-futuristic-bio-939509.
36
Neal Baer, "Covid-19 is scary. Could a rogue scientist use CRISPR to conjure another pandemic?," STAT, March 26, 2020, https://www.statnews.com/2020/03/26/could-rogue-scientist-use-crispr-create-pandemic/.
37
Walter Isaacson, "Should the rich be allowed to buy the best genes?," Air Mail, July 27, 2019, https://airmail.news/issues/2019–7–27/should-the-rich-be-allowed-to-buy-the-best-genes.
38
Mary-Claire King, "Emmanuelle Charpentier and Jennifer Doudna: Creators of Gene-Editing Technology," Time, April 16, 2015, https://time.com/collection-post/3822554/emmanuelle-charpentier-jennifer-doudna-2015-time-100/.
39
В 2020 г. подобной речи уже не будет: все семь лауреатов премии Кавли окажутся мужчинами.
40
Jean-Eric Paquet, Kavli banquet speech, September 4, 2018, http://kavliprize.org/events-and-features/video-2018-kavli-prize-banquet.
41
Leah Sherwood, "Genome editing pioneer and Hilo High graduate Jennifer Doudna speaks at UH Hilo about her discovery: CRISPR technology," UH Hilo Stories, September 19, 2018, https://hilo.hawaii.edu/news/stories/2018/09/19/genome-editing-pioneer-and-hilo-high-graduate-jennifer-doudna-speaks-at-uh-hilo-about-her-discovery-crispr-technology/.
42
Katie Hasson, "Senate HELP Committee holds hearing on gene editing technology," Center for Genetics and Society, November 15, 2017, https://www.geneticsandsociety.org/biopolitical-times/senate-help-committee-holds-hearing-gene-editing-technology.
43
U. S. Senate Committee on Health, Education, Labor & Pensions, "Gene Editing Technology: Innovation and Impact," November 14, 2017, https://www.help.senate.gov/hearings/gene-editing-technology-innovation-and-impact.
44
Pope Francis, "Address of His Holiness Pope Francis to participants at the International Conference organized by the Pontifical Council for Culture on Regenerative Medicine," April 28, 2018, http://w2.vatican.va/content/francesco/en/speeches/2018/april/documents/papa-francesco_20180428_conferenza-pcc.html.
45
C. Brokowski, "Do CRISPR Germline Ethics Statements Cut It?," The CRISPR Journal 1, (2018): 115–125, https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/crispr.2017.0024.
46
April Glaser and Will Oremus, "Tomorrow's Children, Edited," Slate, November 28, 2018, https://slate.com/technology/2018/11/if-then-podcast-antonio-regalado-crispr-human-gene-editing-china.html.
47
Francis Collins, "Experts debate: Are we playing with fire when we edit human genes?," STAT, November 17, 2015, https://www.statnews.com/2015/11/17/gene-editing-embryo-crispr/#Collins.
48
E. S. Lander et al., "Adopt a moratorium on heritable genome editing," Nature, March 13, 2019, https://www.nature.com/articles/d41586–019–00726–5.
49
Rachel Cocker, "This Harvard scientist wants your DNA to wipe out inherited diseases – should you hand it over?," Telegraph, March 16, 2019, https://www.telegraph.co.uk/global-health/science-and-disease/harvard-scientist-wants-dna-wipe-inherited-diseases-should/.
50
Sarah Marsh, "Essays Reveal Stephen Hawking Predicted Race of 'Superhumans'," The Guardian, October 14, 2018, https://www.theguardian.com/science/2018/oct/14/stephen-hawking-predicted-new-race-of-superhumans-essays-reveal.
51
Rob Stein, "First U. S. Patients Treated With CRISPR As Human Gene-Editing Trials Get Underway," NPR, April 16, 2019, https://www.npr.org/sections/health-shots/2019/04/16/712402435/first-u-s-patients-treated-with-crispr-as-gene-editing-human-trials-get-underway.
52
White House, "Announcing the Completion of the First Survey of the Entire Human Genome at the White House," YouTube video, 40:32, last viewed June 26, 2020, https://www.youtube.com/watch?v=Y_8XRkb-wbY.
53
Nicholas Wade, "Genetic Code of Human Life Is Cracked by Scientists," The New York Times, June 27, 2000, http://movies2.nytimes.com/library/national/science/062700sci-genome.html.
54
Kevin Davies, "Deanna Church on the Reference Genome Past, Present and Future," Bio-IT World, April 22, 2013, http://www.bio-itworld.com/2013/4/22/church-on-reference-genomes-past-present-future.html.
55
R. Chen and A. J. Butte, "The reference human genome demonstrates high risk of type 1 diabetes and other disorders," Pacific Symposium on Biocomputing, 2011 (2010): 231–242, https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/9789814335058_0025.
56
John Maddox, What Remains To Be Discovered (New York: Free Press, 1999).
57
Fyodor D. Urnov, "Genome Editing B. C. (Before CRISPR): Lessons from the 'Old Testament," The CRISPR Journal 1, (2018): 115–125, https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/crispr.2018.29007.fyu.
58
Shirley Tilghman, in The Gene, PBS, 2020, https://www.pbs.org/kenburns/the-gene/.
59
Rebecca Robbins, "The best and worst analogies for CRISPR, ranked," STAT, December 8, 2017, https://www.statnews.com/2017/12/08/crispr-analogies-ranked/.
60
Lina Dahlberg and Anna Groat Carmona, "CRISPR-Cas Technology In and Out of the Classroom," The CRISPR Journal 1, (2018): 107–114, https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/crispr.2018.0007.
61
C. LaManna and R. Barrangou, "Enabling the Rise of a CRISPR World," The CRISPR Journal 1, (2018): 205–208, https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/crispr.2018.0022.
62
K. Davies and R. Barrangou, "MasterChef at Work: An Interview with Rodolphe Barrangou," The CRISPR Journal 1, (2018): 219–222, https://www.liebertpub.com/doi/full/10.1089/crispr.2018.29015.int?url_ver=Z39.88–2003&rfr_id=ori: rid: crossref.org&rfr_dat=cr_pub%20%200pubmed.
63
Речь идет о первом доступном автомобиле, выпускавшемся на заводах компании Ford Motor миллионными сериями. Считается, что таким образом Генри Форд «посадил Америку на колеса». – Прим. ред.
64
Hank Greely, quoted in Mark Shwartz, "Target, Delete, Repair," Stanford Medicine, Winter 2018, https://stanmed.stanford.edu/2018winter/CRISPR-for-gene-editing-is-revolutionary-but-it-comes-with-risks.html.
65
Покойный Роджер Хендрикс, знаменитый микробиолог, предложил оценить количество фагов на планете в 10-10 (10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000), что делает их наиболее многочисленным биологическим объектом.
66
Luciano Marraffini, "CRISPR Frontiers" (discussion, New York Academy of Sciences, February 24, 2020).
67
S. Wiles, "Monday micro-200 million light years of viruses?!," Infectious Thoughts August 5, 2014, https://sciblogs.co.nz/infectious-thoughts/2014/08/05/monday-micro-200-million-light-years-of-viruses/.
68
S. Klompe and S. H. Sternberg, "Harnessing A Billion Years of Experimentation: The Ongoing Exploration and Exploitation of CRISPR-Cas Immune Systems," The CRISPR Journal 1, (2018): 141–158.
