Трещина в мироздании - Дженнифер Даудна

Вооруженные полным набором инструментов CRISPR, ученые теперь могут практически полностью контролировать и состав генома, и работу отдельных его генов. Независимо от того, каким способом это делать – грубым ли соединением концов или точной гомологичной рекомбинацией, делать один надрез, несколько или вообще обойтись без них, – спектр возможностей невероятен. Причем скорость, с которой совершенствуется этот инструмент, не падает. Специалисты в области генной инженерии создали флуоресцентные версии CRISPR, позволяющие увидеть трехмерную организацию генома в клетках; варианты, мишенью которых служат мРНК вместо ДНК, что открывает доступ к особому способу контроля генов; версии, вводящие в геном опознавательные метки – “штрихкоды”, дающие исследователям возможность записывать историю событий в клетке прямо в ДНК на ее языке; и так далее и тому подобное. Нередко кажется, что спектр применения CRISPR в качестве инструмента генной инженерии ограничен только коллективным воображением человечества. В свете невероятной гибкости CRISPR не побоюсь предположить, что эта система станет основным инструментом работы для всех биологов независимо от их специализации.

Сказать, что мне было приятно видеть все эти невероятные технические возможности, плод работы сначала нескольких десятков, потом нескольких сотен, а затем и тысяч ученых, – значит ничего не сказать. Любой изобретатель и инноватор знает, что ощущение удовлетворения от того, что твою разработку стали использовать другие, ни с чем не сравнится. Кроме того, повсеместное использование технологии – это наилучший и самый быстрый способ отточить и переосмыслить ее.

Неожиданный взрывной рост числа исследований с применением CRISPR частично был следствием широчайших возможностей механизма, а частично – фантастическим количеством доступных его вариантов. После того как инструментарий CRISPR был расширен, ни одна “буква” ДНК в геноме, ни один ген или группа генов не остались недоступными для этой системы. Как я покажу в следующих главах, использование инструментов CRISPR в приложении к человеческому организму обещает революцию в лечении рака и генетических заболеваний, а его применение к растениям и животным дает возможности усовершенствовать производство пищи, уничтожить возбудителей различных заболеваний и даже возродить вымершие виды. Неудивительно, что всего через несколько месяцев после публикации первых сообщений о редактировании генома с помощью CRISPR журнал Forbes прогнозировал, что эта технология изменит индустрию биотехнологий навсегда[91].

Но настоящая причина, по которой CRISPR ворвался на биотехнологическую сцену с такой огромной скоростью, снося все на своем пути, – это низкая стоимость и простота технологии. CRISPR наконец сделал редактирование генома доступным для всех ученых. Более ранние инструменты в этой области – главным образом ZFN и TALEN – было трудно проектировать, да и большинству исследователей они были не по карману. По этой причине многие лаборатории, включая мою собственную, не слишком стремились подключаться к исследованиям на тему редактирования генома и разбираться со всеми сопутствующими трудностями. А в случае CRISPR, напротив, лаборатория может легко спроектировать такую его версию, чтобы мишенями для нее служили конкретные гены, подготовить требуемый белок Cas9 и направляющую РНК и провести эксперименты самостоятельно по стандартным методикам, и все это в течение считанных дней и безо всякой посторонней помощи. Единственное, что понадобится на старте, – копия изначальной искусственной хромосомы (плазмиды), содержащей CRISPR. Но эту потребность с лихвой удовлетворила некоммерческая организация Addgene – весьма успешное и непрерывно расширяющееся хранилище плазмид и одновременно площадка для их покупки и продажи.

Addgene – это как Netflix, только для плазмид. Как только Мартин и я разослали нашу статью о CRISPR по научным журналам, мы отправили его плазмиды на хранение в Addgene – подобным образом киностудии выдают Netflix лицензию на прокат своей продукции. Многие научные лаборатории, производящие плазмиды с CRISPR, поступают так же. Addgene ведет тщательный учет плазмид, которые хранит, размещает информацию о них и их характеристиках у себя на сайте и синтезирует тысячи копий, чтобы все нуждающиеся могли их купить. Стоимость для исследовательских лабораторий в 2016 году – всего шестьдесят пять долларов за плазмиду. Снизив нагрузку на производителей плазмид и удовлетворив запросы всех нуждающихся, Addgene помог обеспечить ситуацию, в которой все лаборатории в мире, и исследовательские, и некоммерческие, могут получить нужные для их конкретных исследований материалы, включая необходимые для работы с системой CRISPR. Только за 2015 год Addgene отправил примерно шестьдесят тысяч посылок с ассоциированными с CRISPR плазмидами ученым более чем из восьмидесяти стран[92].

Компьютеры тоже способствовали тому, что редактирование генома стало легким как никогда. Разнообразные пакеты программ используют продвинутые алгоритмы, включающие все подходящие принципы проектирования, в том числе эмпирические данные из научной литературы о том, какие направляющие последовательности работают в данном случае лучше остальных. У исследователя появился доступ к автоматизированному одностадийному методу сборки именно той версии CRISPR, которая наиболее всего подходит для редактирования того или иного конкретного гена. Эти алгоритмы не сделали ученых более ленивыми; напротив, они обеспечили возможность проведения технически наиболее сложных экспериментов по редактированию генома – проведения полногеномных скринингов, в которых CRISPR используют для редактирования каждого гена в составе генома.

Сегодня благодаря этим свойствам CRISPR начинающий ученый с самыми базовыми навыками может полностью провести исследование, которое всего несколько лет назад было невозможно даже представить. Это уже стало общим местом нашей молодой области науки: то, что еще не так давно требовало долгих лет работы в лаборатории с современным оборудованием, теперь может за несколько дней выполнить ученик старших классов. Некоторые эксперты посчитали, что с доступными в настоящее время инструментами любой может организовать собственную CRISPR-лабораторию всего за две тысячи долларов[93]. Другие специалисты прогнозируют расцвет биохакерства – пришествие любителей, исповедующих философию “сделай сам”, увлеченных энтузиастов биотехнологий, которые будут экспериментировать с CRISPR-редактированием генома у себя дома. CRISPR даже стал звездой краудфандинговой кампании, в ходе которой стартап, намеревавшийся производить и распространять наборы для самостоятельного редактирования генома, собрал существенно больше 50 000 долларов. Теперь инвесторы проекта за 130 долларов получают “все, что нужно для проведения точного редактирования генома бактерий в домашних условиях”[94].