Сэмюел Стернберг - Трещина в мироздании [litres]

Подобно тому как изменение I- Sce I оказалось слишком сложной задачей, так и ZFN тоже, как выяснилось, было нелегко перепрограммировать, чтобы использовать в качестве универсального инструмента редактирования генома. Конечно, результаты экспериментов с ZFN убедительно доказали, что специально видоизмененные нуклеазы полезны, если редактирование генома – самоцель, однако в этой области науки все еще нужна была новая технология, более надежная и простая в использовании.

Такая технология – или, по крайней мере, первая ее версия – была открыта в 2009 году при изучении новых типов белков, найденных в патогенных бактериях рода Xanthomonas , поражающих растения. Эти белки, которые были названы активатороподобными эффекторами транскрипции ( transcription activator – like effectors , TALE), были удивительно похожи по своему строению на белки с цинковыми пальцами: они состоят из многократно повторяющихся фрагментов, и каждый фрагмент распознает определенную область ДНК. Однако от белков ZNF их отличала важная деталь: в то время как каждый “палец” в последних распознает трехбуквенную последовательность ДНК, каждый фрагмент TALE-белков узнает всего одну “букву” ДНК. Это различие позволило ученым легко определить закономерность, по которой фрагмент будет распознавать определенную “букву” ДНК, и затем они просто расположили эти фрагменты один за другим таким образом, чтобы они распознавали более длинную последовательность ДНК в гене. В случае ZFN это лишь казалось легко сделать, однако с TALE процедура в самом деле была простой.

Ученые быстро взялись за исследование новейшей “зацепки”. Вскоре после того, как был расшифрован этот код, три лаборатории соединили белки TALE с теми же режущими ДНК фрагментами, что есть в ZFN, и создали нуклеазы TALE, или TALEN. TALE-нуклеазы были очень эффективны для инициации редактирования генома внутри клеток, и после того как удалось еще несколько усовершенствовать их строение, стало очень похоже на то, что TALEN будет гораздо проще создавать и применять, чем ZFN.

“Но как жаль бедняжек TALEN” [41] S. Chandrasegaran and D. Carroll, “Origins of Programmable Nucleases for Genome Engineering”, Journal of Molecular Biology 428 (2016): 963–989. , – писала Дана Кэрролл в статье, описывающей историю появления редактирования генома. Потому что, как только TALEN обнаружили и адаптировали для редактирования, их вытеснило следующее, и возможно последнее, открытие в области редактирования генома. Эта технология получила название CRISPR, и здесь моя история соединяется с историей редактирования генома – и вообще с этим длинным маршем истории науки, которая в тот момент подошла к порогу новой головокружительной эры.

В 2014 году я отметила двадцатилетие своей исследовательской лаборатории (и заодно мое пятидесятилетие) выездом сотрудников в места моего детства: на Гавайи. Около тридцати участников празднования (сборная солянка из студентов, аспирантов, постдоков, технических работников и близких, в числе которых оказался даже мой сын Эндрю) оккупировали три арендованных домика рядом с городом Кона на западном берегу Большого острова – всего в пятнадцати минутах от пляжа и нескольких часах езды от дома в Хило, в котором прошло мое детство. Днем мы устраивали пикники, бродили по Гавайскому вулканическому национальному парку, отправлялись на ближайшие пляжи или рынки и плавали с маской и трубкой среди нетронутых коралловых рифов, окружающих остров. Мы провели незабываемый вечер, наслаждаясь захватывающими видами красноватых отсветов от потоков лавы из кратера Халемаумау, а в другие вечера устраивали непринужденные вечеринки на задних двориках наших домов: общение, пицца и пиво, спонтанные танцы и караоке.

Конечно, как и на любом научном сборище, часть времени была посвящена выступлениям. За четыре дня мы провели четыре мини-симпозиума, на которых каждый сотрудник сделал пятнадцатиминутный доклад на выбранную им самим тему – от истории лаборатории до тонкостей структуры РНК.

На четвертый день постдок Росс Уилсон, взявший на себя большую часть забот по организации нашего путешествия, встал, чтобы прочесть последний доклад. Точнее, я думала , что это будет доклад. Но вместо этого Росс сделал нам сюрприз, показав короткий фильм, смонтированный из фрагментов видео, в которых фигурировала я сама. Оказывается – и я ничего об этом не знала! – коробка со старыми VHS-кассетами все эти годы передавалась от одного поколения сотрудников к другому: своего рода традиция лаборатории.

Гости то издавали одобрительные возгласы, то подтрунивали надо мной, пока один кадр на экране сменялся другим: вот я выступаю с благодарственной речью на церемонии награждения премией Национального научного фонда в 1999-м, вот мое фото со счетчиком Гейгера в руках в одном из номеров Vogue за 2000 год, а вот и отрывок из документального фильма, который Фредерик Уайзман снимал в моей лаборатории, к тому моменту переместившейся из Йельского университета в Калифорнийский университет в Беркли.

В этой нарезке оказались и фрагменты из двух новостных сюжетов, в которых я в свое время появлялась, и в обоих шла речь о первом крупном открытии, сделанном в моей лаборатории в Йеле в 1996 году. Я помнила о существовании этих видео, помнила даже кое-какие детали их содержания. В то время внезапный всплеск внимания к моей работе меня одновременно и радовал, и немного нервировал – ведь я тогда была молодой исследовательницей, проводившей большую часть времени за рабочим столом, в уединении своей лаборатории.

Из всех эпизодов в фильме Росса эти два вызвали самую бурную реакцию. Они казались такими безнадежно древними: начальнице всего около тридцати, ведущие выглядят и говорят старомодно, и в кадре видны громоздкие допотопные компьютеры, которые в то время, конечно, были последним словом техники.

Пока я веселилась вместе со всеми остальными, память уносила меня в те ранние годы моей работы в Йеле, и я вновь ощутила те надежды и страхи, которые испытала, когда двинулась в новую рискованную область исследований, начала работу над проектом, из которого, как предостерегали меня многие коллеги-ученые, никогда ничего не получится. Глядя теперь на то, как я в молодости отвечала на вопросы интервьюеров, я живо вспомнила и воодушевление, и ощущение тяжелой утраты – главные чувства, сопровождавшие меня в те годы. Мои тогдашние комментарии оказались на удивление точным предсказанием того, что произошло значительно позднее, по мере того как разворачивались мои исследования по новым направлениям.

Во времена, когда я давала эти интервью, моя лаборатория только что установила трехмерную структуру – точное расположение каждого атома – в молекуле рибонуклеиновой кислоты (РНК), образующей часть более крупной молекулы под названием самосплайсирующий рибозим. В 1980-х годах Том Чек, мой научный руководитель в Университете штата Колорадо в Боулдере, получил Нобелевскую премию за обнаружение самосплайсирующих рибозимов [42] Если точнее, премию Чеку дали за обнаружение автокаталитических свойств рибозимов – то есть не только их способности к сплайсингу (сшиванию фрагментов) самих себя, но и их способности к разрезанию самих себя. . Его открытие было прорывом, поскольку существование самосплайсирующих рибозимов предполагает, что жизнь на Земле могла возникнуть из молекул РНК, способных и кодировать генетическую информацию, и копировать ее в примитивных клетках. Когда в 1994 году я возглавила собственную лабораторию в Йеле, я собиралась отталкиваться в своей работе от открытия Тома – изучить структуру рибозимов, чтобы лучше понять, как они работают. Я хотела определить, каким образом РНК – молекула, тесно связанная с ДНК, – может функционировать и в качестве хранилища генетических инструкций, и в качестве химически активной молекулы, способной изменять свою форму и биологическое “поведение”. Кульминацией этого исследования стало фантастически волнующее открытие: молекулы РНК могут складываться в трехмерные структуры, совершенно непохожие на изящную в своей простоте двойную спираль ДНК.