Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества - Айзексон Уолтер

Эй! Давайте на минутку остановимся, прежде чем пройти по этой скользкой дорожке. Как это может повлиять на разнообразие наших обществ? Если мы перестанем получать свои характеристики случайным образом, не ослабит ли это нашу способность к сопереживанию и умение принимать людей такими, какие они есть? Если ассортимент в генетическом супермаркете не будет бесплатным (а этого точно не стоит ожидать), разве это не приведет к серьезному усилению неравенства – и не закрепит его навсегда в генах рода человеческого? Учитывая перечисленные проблемы, разве можно позволять отдельным людям принимать такие решения? Может, решать должно общество в целом? Возможно, нам стоит разработать какие-то правила.

Под “нами” я понимаю нас. Всех нас, включая вас и меня. Вопрос о том, приемлемо ли редактировать геном, а если да, то в каких случаях, станет одним из самых животрепещущих в XXI веке, поэтому я решил, что полезно будет понять, как именно это делается. Все новые и новые волны вирусных эпидемий также подчеркивают важность изучения наук о жизни. Очень приятно постигать, как работает какая-либо система, особенно если эта система – мы сами. Даудна испытала это удовольствие, и теперь оно доступно и нам. Именно об этом и пойдет речь в моей книге.

Изобретение CRISPR и эпидемия COVID ускорят наш переход к третьей великой революции новейшего времени. Эти революции начались чуть более столетия назад с открытия трех фундаментальных зерен нашего существования: атома, бита и гена.

В первой половине XX века, после выхода в 1905 году статей Альберта Эйнштейна о теории вероятности и квантовой теории, революцию возглавила физика. За пятьдесят лет, прошедших с “года чудес”, теории Эйнштейна привели к появлению атомных бомб и атомной энергетики, транзисторов и космических кораблей, лазеров и радаров.

Вторая половина XX века стала информационной эпохой, в основу которой легла идея, что любую информацию можно закодировать двоичными цифрами – так называемыми битами, – а все логические процессы можно выполнять при помощи замкнутых цепей с двухпозиционными переключателями. В результате в 1950-х годах появились микросхема, компьютер и интернет. В сочетании три этих инновации привели к рождению цифровой революции.

Теперь мы вошли в третью, еще более знаменательную эпоху – эпоху революции в сфере наук о жизни. К детям, изучающим цифровое кодирование, присоединятся дети, изучающие генетический код.

Когда в 1990-х годах Даудна училась в университете, другие биологи спешили нанести на карту гены, закодированные в ДНК. Но Даудна проявляла больший интерес к менее знаменитому родственнику ДНК – РНК. Это молекула, которая осуществляет реальную работу в клетке, копируя некоторые инструкции, закодированные в ДНК, и используя их для построения белков. В стремлении постичь РНК Даудна пришла к фундаментальному вопросу: как зародилась жизнь? Молекулы РНК, которые она изучала, обладали способностью к самовоспроизводству, а потому вполне можно было допустить, что четыре миллиарда лет назад они начали размножаться в бульоне из химических веществ, плескавшемся на нашей планете, даже до появления ДНК.

Занимаясь молекулами жизни в Беркли, Даудна сосредоточилась на изучении их строения. Если вы следователь, то основными уликами в биологическом детективе становятся особенности молекул, определяющие принципы их взаимодействия с другими молекулами. Даудне для этого нужно было изучить строение РНК. Ее труд перекликался с проведенной Розалинд Франклин работой над ДНК, которая помогла Джеймсу Уотсону и Фрэнсису Крику открыть в 1953 году двойную спираль ДНК. Так случилось, что Уотсон, весьма многогранная личность, впоследствии не раз возникал у Даудны на пути.

Когда Даудна стала специалистом по РНК, с ней связался биолог из Беркли, который изучал систему CRISPR, разработанную бактериями в борьбе с вирусами. Как и многие открытия фундаментальной науки, это знание оказалось полезным в практическом отношении. Некоторые сферы его применения весьма обыденны, например защита бактерий в йогуртовых культурах. Но в 2012 году Даудна с коллегами нашли более сенсационный способ использования CRISPR и научились превращать их в инструмент для редактирования генома.

Сегодня CRISPR применяются в лечении серповидноклеточной анемии, рака и слепоты. В 2020 году Даудна со своими командами начала изучать, как CRISPR могут выявлять и уничтожать коронавирус. “Системы CRISPR появились в бактериях в процессе эволюции в результате длительной войны бактерий с вирусами, – говорит Даудна. – У людей нет времени ждать, пока наши клетки естественным путем научатся противостоять этому вирусу, поэтому нам нужно добиться желаемого своим умом. Разве не чудесно, что один из инструментов в этой древней бактериальной иммунной системе называется CRISPR?[3] Этим и прекрасна природа”. О да, запомните: природа прекрасна. Об этом тоже пойдет речь в этой книге.

В сфере редактирования генома есть и другие звезды. Большинство из них тоже заслуживает биографических книг, а возможно, и фильмов. (Краткая презентация: “Игры разума” встречаются с “Парком юрского периода”.) Они играют важные роли в этой книге, поскольку я хочу продемонстрировать, что наука – это командный спорт. Но я также хочу показать влияние, которое может оказывать настойчивый, любознательный, упрямый и отчаянно напористый человек. С улыбкой, которая порой (и все же не всегда) скрывает опаску, проглядывающую у нее в глазах, Дженнифер Даудна стала отличным главным героем. У нее есть склонность к работе в команде, без которой не обойтись ни одному ученому, но вместе с тем в ее характере есть и боевитость, свойственная большинству великих инноваторов. Она всегда контролирует свои эмоции и не зазнается, несмотря на звездный статус.

В ее биографии – биографии ученого, лауреата Нобелевской премии и публичного интеллектуала – рассказ о CRISPR связывается с более заметными нитями истории, включая роль женщин в науке. Ее работа, как и работа Леонардо да Винчи, показывает, что ключ к инновациям – это объединение интереса к фундаментальной науке с практической деятельностью по созданию инструментов, которые находят применение в жизни, то есть перенос открытий из лаборатории к постели больного.

Рассказывая историю Даудны, я надеюсь показать читателям, как работает наука. Что происходит в лаборатории? В какой степени открытия зависят от гениальности отдельных людей и насколько важнее стала командная работа? Не подрывает ли конкуренция за награды и патенты основы для сотрудничества?

Но главное – я хочу подчеркнуть важность фундаментальной науки, то есть исследований, которые движимы любознательностью, а не практическими соображениями. Теоретические исследования чудес природы создают задел – порой непредсказуемым образом – для будущих инноваций[4]. Изучение физики поверхностного состояния в конце концов привело к появлению транзистора и микросхемы. Исследования поразительного метода, используемого бактериями для противостояния вирусам, в итоге помогли создать инструмент для редактирования генома и разработать техники, которые человечество может применять в собственной борьбе с вирусами.

Эта история полна серьезнейших вопросов, затрагивающих массу тем, от происхождения жизни до будущего человечества. И начинается она с рассказа о том, как одна шестиклассница, которой нравилось искать “сонную траву” и другие удивительные вещи среди вулканических пород Гавайев, однажды пришла домой из школы и обнаружила у себя на кровати детективную историю о людях, открывших то, что сами они лишь с небольшим преувеличением назвали “секретом жизни”.

Часть первая. Происхождение жизни

И насадил Господь Бог рай в Едеме на востоке, и поместил там человека, которого создал.

И произрастил Господь Бог из земли всякое дерево, приятное на вид и хорошее для пищи, и дерево жизни посреди рая, и дерево познания добра и зла.