Весной 2011 года к молекулярному биологу по имени Дженнифер Даудна обратилась бактериолог Эммануэль Шарпантье: ее заботила загадка, которая на первый взгляд не имела особого отношения к человеческим генам и генной инженерии. Шарпантье и Даудна тогда принимали участие в микробиологической конференции в Пуэрто-Рико. Пока они вместе прогуливались по переулкам Старого Сан-Хуана вдоль пестрящих то лиловым, то горчичным домов с арочными входами, Шарпантье рассказывала Даудне о своем увлечении бактериальной иммунной системой – механизмами, которыми бактерии защищаются от вирусов. Война между вирусами и бактериями такая древняя и ожесточенная, что ее стороны походят на старинных, неразлучных врагов, каждый из которых направляет развитие другого: их вражда отпечатывается даже в их генах. Вирусы развили генетические механизмы для заражения и убийства бактерий. Бактерии в ответ развили гены, обеспечивающие защиту. «Вирусная инфекция [это] тикающая бомба, – говорила Даудна. – У бактерии есть всего несколько минут, чтобы обезвредить эту бомбу, – иначе ее ждет уничтожение».
В середине 2000-х французские ученые Филипп Хорват и Родольф Баррангу наткнулись на один из таких механизмов бактериальной самозащиты. Будучи сотрудниками датской пищевой компании
Вскоре выяснилось, что бактериальная система защиты состоит по меньшей мере из двух ключевых компонентов. Первый из них – «ищейка», или гид, – РНК, закодированная в бактериальном геноме и идеально соответствующая какому-то участку ДНК вируса. Эта РНК ищет и узнает тот самый участок вируса по хорошо знакомому нам принципу комплементарности: «ищейка» представляет собой зеркальное отражение этого участка – инь для своего ян. Это как постоянно носить фотографию врага в кармане, только в случае бактерии изображение будет инвертированным и накрепко вклеенным в ее геном.
Второй компонент защитной системы – «киллер». Когда найденная РНК-гидом ДНК признается чужеродной, бактериальный белок под названием Cas9[1164] привлекается для нанесения смертельного ранения вирусному геному. «Ищейка» и «киллер» работают сообща: белок Cas9 разрезает определенную последовательность ДНК интервента только после ее связывания с РНК-гидом. Это классический образчик согласованности подельников – наводчика и исполнителя, беспилотника и ракеты, Бонни и Клайда.
Даудна, которая большую часть своей сознательной жизни занималась биологией РНК, была заинтригована этой системой. Поначалу Дженнифер видела в ней любопытную диковинку – «самую непонятную вещь, над которой мне доводилось работать», как говорила она позднее. Но в сотрудничестве с Шарпантье она методично разобрала систему на отдельные компоненты.
В 2012-м Даудна и Шарпантье осознали, что этот механизм можно «программировать». Бактерии, конечно, важны образы вирусных генов, чтобы она могла отслеживать и уничтожать вторженцев; у нее нет никаких причин опознавать и резать большинство других геномов. Но Даудна и Шарпантье уже знали об этой системе самозащиты достаточно, чтобы ее обмануть: подменив распознающий элемент, они могли заставить систему делать направленные разрезы в любом генетическом материале. Заменяя «ищейку», поняли ученые, можно находить и резать разные гены.
В предпоследнем предложении притаилось словосочетание, способное отправить фантазию любого специалиста по генетике человека в неукротимый полет. «Направленный разрез» гена – это потенциальный источник мутаций. Большинство мутаций в геноме случайны: нельзя скомандовать ионизирующим лучам изменить только ген, ответственный за муковисцидоз или за болезнь Тея – Сакса. Однако с помощью системы Даудны и Шарпантье можно было вносить неслучайные мутации –
