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.

Книга Бытия 2: 8–9

Глава 1. Хило

Если бы Дженнифер Даудна росла в любой другой части Америки, возможно, она считала бы себя обычным ребенком. Но в Хило, старом городе в усеянном вулканами районе Большого острова Гавайского архипелага, она, по собственному признанию, чувствовала себя “настоящей чудачкой” из-за своих светлых волос, голубых глаз и высокого роста. Дети дразнили ее, и особенно ей доставалось от мальчишек, ведь у нее, в отличие от них, на руках росли волосы. Ее называли “хоуле”, а это слово хоть и не было ужасным само по себе, но часто использовалось для пренебрежительного именования чужаков. Из-за него у Дженнифер сформировалась защитная скорлупа, которая скрывалась за тем, что впоследствии превратилось в фасад добродушия и очарования^[5]. Семейной легендой стала история об одной из прабабушек Дженнифер. У нее было три брата и две сестры. Родители не могли позволить себе оплатить образование всем детям, поэтому решили отправить учиться двух девочек. Одна из них стала учительницей в Монтане и вела дневник, который по сей день передается из поколения в поколение. В нем она рассказывала о стойкости и сломанных руках-ногах, о работе в семейной лавке и других предприятиях фронтира. “Она была твердой и упрямой, как настоящий первопроходец”, – говорит сестра Дженнифер Сара, которая хранит дневник сейчас.

Дженнифер в Хило

Дженнифер тоже росла с двумя сестрами, но братьев у нее не было. Старшая из трех, она была любимицей отца, Мартина Даудны, который, когда речь заходила о детях, порой говорил, что воспитывает “Дженнифер и девочек”. Дженнифер родилась 19 февраля 1964 года в Вашингтоне, где ее отец работал спичрайтером в Министерстве обороны. Он мечтал стать профессором американской литературы, а потому переехал в Анн-Арбор вместе с женой Дороти, преподававшей в муниципальном колледже, и поступил в Мичиганский университет.

Получив докторскую степень, он отправил резюме в пятьдесят заведений, но получил лишь одно предложение – от Гавайского университета в Хило. В августе 1970 года, когда Дженнифер было семь лет, он позаимствовал 900 долларов из пенсионных накоплений жены и перевез семью на Гавайи.