«Переписать код жизни»: история француженки Эмманюэль Шарпантье, ставшей Нобелевским лауреатом
В 2020 году французская ученая Эмманюэль Шарпантье и ее американская коллега Дженнифер Дудна стали первым в истории женским дуэтом, получившим Нобелевскую премию за научное открытие. Так она присоединилась к своим соотечественницам Марии Кюри и ее дочери Ирен Жолио-Кюри в коротком списке женщин, получивших Нобелевскую премию по химии. Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудне присудили Нобелевскую премию за метод редактирования генома CRISPR/Cas9. В пресс-релизе Нобелевского фонда их метод поэтически назван «переписыванием кода жизни».
Опубликовано:
Эмманюэль-Мари Шарпантье (Emmanuelle Marie Charpentier) родилась 11 декабря 1968 года в небольшом городке Жювизи-сюр-Орж, всего в двадцати километрах к югу от Парижа, и стала третьей и младшей девочкой в семье. Ее отец был ответственным за озеленение в муниципалитете соседнего городка Сен-Женевьев-де-Буа, а мать работала медсестрой в больнице. Делясь в различных интервью своими детскими воспоминаниями, Эмманюэль говорила, что ее родители всегда поддерживали любые ее идеи, от увлечения фортепиано до балета. В 12-летнем возрасте она объявила маме, что мечтает работать в Институте Пастера.
В старших классах Шарпантье окончательно определилась, чему она хочет посвятить свою жизнь: исследованиям в области медицины. Она окончила Университет Пьера и Марии Кюри в Париже и в 1995 году, в возрасте 27 лет защитила диссертацию в Институте Пастера, исследуя фрагменты ДНК бактерий, которые позволяют им приобретать иммунитет к лекарствам.
Двумя годами ранее она опубликовала свою первую научную работу в журнале Gene, которая была посвящена характеристике генов резистентности к антибиотику тетрациклину. Эмманюэль Шарпантье изучала поведение вызывающих различные заболевания бактерий – сотни штаммов клинических изолятов на предмет их устойчивости к тетрациклину, выделяла генетический материал, определяла вручную последовательности генов, ответственных за лекарственную устойчивость.
Эта публикация во многом определила направление ее работ в последующие годы: Эмманюэль Шарпантье изучала генетическую изменчивость и адаптацию бактерий, их способность включать так называемую «систему бактериального иммунитета» – молекулярного механизма, с помощью которого бактерии обнаруживают внутри себя геном паразита и обезвреживают его.
Вечный путешественник, полностью погруженный в науку
После защиты диссертации Эмманюэль не оставила своей мечты руководить лабораторией во французском Институте Пастера. Но для получения мирового признания она решила, что молодой ученый должен несколько лет проработать за границей. С тех пор она успела поработать в пяти странах, семи городах, 10 научных учреждениях и 14 лабораториях. В настоящее время Эмманюэль Шарпантье возглавляет отдел регуляции и биологии инфекций в Институте Макса Планка в Берлине.
Свою международную карьеру она начала с Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке, затем работала в медицинском центре Нью-Йоркского университета, Институте Скерболла (Нью-Йорк) и Детском исследовательском госпитале Сент-Джуд в Мемфисе (штат Теннесси). После семи лет в США она переехала в Вену и следующие семь лет проработала там в местном университете. Именно в Вене Шарпантье вплотную занялась способностью некоторых бактерий атаковать вирус, разрезая его ДНК. В 2009 году она перебралась в Университет Умео в Швеции, в котором незадолго до того открыли новый центр микробиологических исследований.
Во время своих бесчисленных поездок по миру Эмманюэль Шарпантье познакомилась с американским биохимиком Дженнифер Дудной, которая работала в Калифорнийском университете Беркли. Это было во время конференции в Пуэрто-Рико в 2011 году. С тех пор женщины решили работать вместе.
Все эти переезды и плодотворная научная деятельность не позволили Эмманюэль Шарпантье обзавестись семьей. В 2016 году она рассказала в интервью The New York Times: «Я решила, что наука будет основным направлением моей жизни. Это немного похоже на уход в монастырь. Вам нужно быть слегка одержимым». Она мало спит и много работает. По мнению Эмманюэль, семейным женщинам делать карьеру в науке сложнее, так как постоянные переезды и ненормированный рабочий график не позволяют полноценно заниматься воспитанием детей. Тем не менее, ее научная карьера не оказалась такой безоблачной, как она представляла себе в детстве. По ее словам, жизнь ученого сильно зависит от грантов, и выбор места работы часто связан с проблемами финансирования в той области, где ты чувствуешь себя наиболее полезным. Отсюда — многочисленные переезды и страны в страну.
В Германии Эмманюэль Шарпантье — с 2013 года, там она успела поработать на несколько исследовательских центров, прежде чем возглавить престижный Институт инфекционной биологии Общества Макса Планка. В том же 2013 году она стала одним из основателей биотехнологической компании CRISPR Therapeutics, которая разрабатывает технологии лечения с помощью изменения ДНК. Позже она стала соучредителем еще одного стартапа такой же направленности — ERS Genomics.
Открытие, удостоенное Нобеля
Во время работы в США Эмманюэль долго изучала проблему устойчивости бактерий к антибиотикам. Она провела много исследований пневмококка (Streptococcus pneumoniae) и различных стафилококков. Затем она решила сконцентрироваться на способности некоторых бактерий атаковать патоген, разрезая его ДНК. Именно это открытие получило впоследствии название «генетические ножницы».
Шарпантье исследовала бактерию Streptococcus pyogenes, возбудителя скарлатины и других инфекций. Она описала ее способность защищаться от вирусов, расщепляя их ДНК. В 2011 году она опубликовала подробное описание этой способности бактерии и в том же году познакомилась с Дженнифер Дудной, которая исследовала РНК. Работая по разные стороны Атлантического океана, они совместными усилиями выяснили, как разрезать ДНК в заранее определенном месте.
В 2012 году Дудна и Шарпантье опубликовали статью в журнале Science, в которой показали, что способность бактерий расщеплять ДНК можно использовать в медицинских целях: при помощи определенного белка-фермента ученые могут разрезать в наперед заданной точке любую молекулу ДНК — не только ДНК бактерий, а любого организма. Клетки организма начинают самостоятельно «залечивать» этот разрыв, но в процессе этого залечивания в место разрыва можно внести нужные ученым изменения. Эта система модифицирования ДНК получила название «редактора генома CRISPR/Cas9», и она стала самым популярным среди ученых методом генетического редактирования.
Технологии направленного изменения геномов живых организмов разрабатывались учеными и раньше, эта область науки получила название «генная инженерия», которая существует уже полвека. Однако другие методы воздействия на ДНК требовали больших усилий и времени, а результат был не всегда гарантирован. Поэтому после публикации работы Дженифер Дудны и Эмманюэль Шарпантье ученые по всему миру поняли, что совершено революционное открытие.
В настоящий момент, основываясь на этой технологии «генетических ножниц», ученые разрабатывают методики для лечения некоторых форм рака легких, болезней типа мышечной дистрофии Дюшенна, проблем, связанных со старческой дегенерацией сетчатки, а также многих лейкемий. Такой тип генной инженерии начали использовать и в сельском хозяйстве для выведения новых видов растений и животных.
Генетика и этика
Однако сделанное двумя женщинами открытие вызвало немало этических споров — в СМИ начали появляться публикации о том, что теперь ученые могут вывести новую расу генетически модифицированных людей. В научном мире также начались споры о нравственной составляющей вмешательства в ДНК человека. В 2015 году в журнале Nature появилась статья пяти ученых, в которой они говорят о недопустимости редактирования ДНК человека.
Сама будущая нобелевская лауреатка Дженифер Дудна в 2018 подписала открытое письмо с призывом запретить эти методы. С тех пор в разных странах, где проводятся научные исследования в области генетического модифицирования, появились законы, регулирующие области применения технологии CRISPR/Cas9 и запрещающие их использование для создания генетически модифицированных детей. Вместе с тем, в США, Франции и Великобритании ученым разрешено проводить исследования на человеческих эмбрионах, однако запрещено «выращивать» из этих эмбрионов генетически модифицированных детей. Подобные запреты существуют и в других странах.
Однако уже известен один прецедент, когда из трансформированных способом CRISPR/Cas9 эмбрионов на свет появились две девочки. В 2018 году китайский генетик Хэ Цзянькуй объявил об опыте по редактированию генома девочек-близнецов. Целью эксперимента являлось приобретение у детей устойчивости к ВИЧ-инфекции. Генетически трансформированные эмбрионы были пересажены женщине. В результате на свет появились первые генно-модифицированные люди — близнецы Лулу и Нана. Этот эксперимент вызвал масштабную дискуссию о допустимости с этической точки зрения. Кроме этого, оказалось, что у рожденных девочек не оказалось нужной мутации, а появились другие. Причина неудачи — особенности работы CRISPR-Cas9, которая в своей «оригинальной версии» может легко сломать имеющийся ген, но внести в него «правильные» изменения ученые еще не научились. Что сейчас с этими детьми неизвестно — власти Китая их скрывают.
Даже существующие опыты с эмбрионами человека еще далеки от совершенства. В 2020 году Центр биомедицинских исследований Лондона признался, что более половины их опытов по модификации ДНК человека прошли безуспешно.
Патентная война
Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудна получили Нобелевскую премию по химии за создание редактора генома CRISPR/Cas9. Однако работы по трансформированию ДНК при помощи технологии «генетических ножниц» велись параллельно в нескольких лабораториях мира.
Задолго до публикации 2012 года Шарпантье понимала, что обнаруженный ею способ бактерий стафилококка расщеплять ДНК патогена может быть использован другими учеными с той же целью — научиться разрезать ДНК целенаправленно. Во время работы в Швеции она с коллегами долго обсуждала, стоит ли делиться с новыми, но пока еще промежуточными открытиями или довести свое исследование до конца. В обстановке секретности Шарпантье с коллегами проработали еще более года. Только осенью 2010 года они написали статью для журнала Nature, и Шарпантье осмелилась выступить с отчетом о своих исследованиях на конференции в Нидерландах.
Как отмечает издание Forbes, литовский ученый Виргиниюс Шикшнис из Вильнюсского университета сделал научную работу, которая по существу предвосхищала результаты Дудны и Шарпантье.
«Написанная им статья была представлена к публикации раньше, чем работы Шарпантье и Дудны, однако прошла много мытарств, а в результате была опубликована позже, и не в престижном Science, а в чуть менее респектабельном PNAS. Формальный приоритет Шикшниса признает большинство научного сообщества, и он даже удостоился за свою работу премии Калви — норвежского аналога Нобелевки», — отмечает издание.
И тем не менее, уже после публикации открытия двух женщин в конце 2012 года небольшой скандал все-таки разгорелся. Весной 2013 года Дудна подала заявку на оформление патента на совместное открытие с целью его использования для дальнейших экспериментов. Осенью того же года документы на патент подал ученый Фэн Чжан из Института Броуда (MIT). Хотя его заявка была второй, патент он получил первым, так как попросил об ускоренной процедуре регистрации. После этого институты, в которых работают Дудна и Чжан, ведут непрекращающиеся судебные споры о том, кто должен обладать эксклюзивными правами на изобретение.
В 2018 году судьи Апелляционного суда США не отдали право первооткрывателя ни одной из сторон. Они посчитали, что в патентах речь идет о разных аспектах изобретения, все патенты признали действующими, и оба института подтвердили свое право выдавать эксклюзивные лицензии на использование CRISPR/Cas9. Но судебные баталии продолжаются и до сих пор.
Однако Нобелевский комитет Шведской королевской академии наук, который присуждает премии по физике, химии и экономике, отдал лавры первооткрывателей Шарпантье и Дудне.
Ученый, удостоенный множества наград
Задолго до получения Нобелевской премии в 2020 году Эмманюэль Шарпантье не была обделена вниманим в международном научном сообществе. С 2012 года француженка получила множество наград за свое открытие. В частности, в 2016 году она получила докторскую степень Honoris causa в Федеральном политехническом институте Лозанны (EPFL), в 2015 — премию «Прорыв в области наук о жизни» и премию L’Oréal-Unesco, которой награждаются женщины-ученые. Во Франции она является членом Академии наук и Академии технологий. Перечислить весь список сложно, так как полученных ей наград очень много.
Его имя перешло границы научного сообщества. Знаменитый журнал Vanity Fair три года подряд (2014, 2015 и 2016) включал Эмманюэль Шарпантье в число 50 самых влиятельных французов мира. Что касается престижного журнала Time, то он включил имя французской исследовательницы в свой список 100 самых влиятельных людей 2016 года.
Во время вручения Нобелевской премии Нобелевский комитет отметил, что Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудна стали первым в истории «100-процентным женским дуэтом», получившим этот приз. 51-летняя француженка и 56-летняя американка стали шестой и седьмой женщинами, получившими Нобелевскую премию по химии с 1901 года. «Женщины-ученые также могут оказывать влияние влиять на проводимые исследования», — сказала Эмманюэль Шарпантье после церемонии награждения, надеясь отправить позитивный и «очень сильный сигнал» молодым девушкам, которые хотели бы заняться научной карьерой.
РассылкаПолучайте новости в реальном времени с помощью уведомлений RFI
Подписаться