Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК - [69]

Заподозрив, что это не случайность, Мохика начал искать этот странный рисунок в геномах других бактерий. Как можно догадаться, он обнаружил, что это удивительно распространенный тип последовательности, имеющийся более чем у двадцати видов. Такой четко выраженный и распространенный генетический рисунок должен нести какую-то функцию, но в чем она заключается?

К тому времени Мохика уже организовал собственную лабораторию в Испании, но для секвенирования или других высокотехнологичных лабораторных манипуляций ему не хватало финансирования. Однако он был настроен решительно и использовал свой настольный компьютер, несколько текстовых процессоров и возможности интернета для анализа генетических баз данных. Он вводил в программу последовательности палиндромов и разделяющих их спейсеров и искал, не встречаются ли они где-нибудь еще. И он их нашел, только не в бактериях. Наиболее точное совпадение он обнаружил с последовательностью вируса. Более того, это был один из вирусов, в отношении которых данный вид бактерий выработал устойчивость. Мохика на достигнутом не остановился и погрузился в изучение 88 спейсеров, разделяющих палиндромы. Более двух третей этих последовательностей соответствовали последовательностям вирусов, к которым бактерия была устойчива. Похоже, эти участки защищали бактерию от вторжения вируса.

Мохика выдвинул серьезную, но непроверенную гипотезу, что такие системы палиндромов со спейсерами представляют собой оружие бактерий против вирусов. Он написал на эту тему статью и послал ее в один из ведущих научных журналов. В первом журнале ее отвергли, даже не направив на рецензию. Из другого журнала ее вернули из-за отсутствия “значимости или новизны”. Процесс повторялся пять раз, пока наконец работу не приняли в журнал по молекулярной эволюции. В том же году статью на эту же тему независимым образом опубликовали исследователи из французской лаборатории, использовавшие несколько иные методы анализа.

Далее к поиску подключились и другие лаборатории. Бактериальная защита могла оказаться ценнейшим оружием для производителей йогуртов, поскольку йогуртовые культуры страдают от нападений вирусов. На этой волне вскоре было убедительно доказано, что данная система эволюционировала в гонке вооружений между бактериями и вирусами. Вирусы нападают на бактерии, как на людей. Люди побеждают большинство вирусов с помощью иммунной системы. И описанный бактериальный механизм является неким вариантом иммунной защиты. Механизм основан на действии молекулярного “гида” и “скальпеля”: палиндромы подводят молекулярный “скальпель” к месту назначения, чтобы вырезать вирусную ДНК и обезвредить вирус. Это защита против эгоистичной природы вирусов, заставляющей их инфицировать другие клетки, размножаться и заполонять чужие геномы.

После этих открытий в ряде лабораторий мира были выполнены изобретательные и невероятно важные исследования молекулярного “скальпеля” (эту последовательность называют Gas у) с целью установить, как перепрофилировать систему для редактирования не только вирусной ДНК, но ДНК любого существа. В научные журналы каждый месяц сыпались статьи, описывающие способы модификации бактериальной системы для использования в организмах других видов. Эта техника, названная CRISPR-Cas (та самая, которую Нипам Патель использует для перемещения конечностей в Parhyale), лежит в основе редактирования генома – теперь уже хорошо известной методологии изменения геномов растений, животных и человека, которая приносит пользу в самых разных областях от сельского хозяйства до медицины. И это только начало: почти каждый месяц появляются сообщения о разработке более точных, быстрых и эффективных методов.

Данная технология позволяет переписать части генома буквально за одну ночь. А в истории эволюции такого типа изменения протекали за миллионы лет. Технология только начинает развиваться, и новости часто не подтверждаются, но совершенно очевидно, что теперь мы способны быстро и без больших финансовых затрат переписывать участки генома растений и животных. В нашей лаборатории этот подход используют для изучения рыб, совершая самую простую процедуру – удаление генов. В других лабораториях вырезают и перемещают целые участки генома и переносят гены и их переключатели между разными особями или между разными видами.

Открытие системы редактирования генома CRISPR-Cas вполне вписывается в историю эволюционных изобретений длительностью в четыре миллиарда лет. Прорыв, приведший к этой технологической революции, произошел не тогда, когда стало возможным редактировать геномы растений и животных, а в другое время – при анализе экосистем соляных болот. Далее потянулся петляющий путь открытий – с участием многих изобретателей, которые одновременно рождают одни и те же идеи, комбинируют технологии и дышат одним и тем же воздухом открытий. И точно так же, как в случае биологических изобретений, ключевым моментом стало переназначение изобретения, возникшего у одного вида (бактерии), для использования другим видом (человеком). Разработка системы CRISPR-Cas – результат одновременной работы сотен опытных и молодых исследователей. Каприз истории: множественность, а также многочисленные неожиданные связи с прошлым делают этот пример чрезвычайно притягательным для одного вида организмов – юристов. История CRISPR-Cas неотделима от истории патентных баталий.