Трещина в мироздании. Редактирование генома. Невероятная технология, способная управлять эволюцией

Так как время Михи в лаборатории уже подходило к концу (ему нужно было вернуться в Германию, чтобы доделать диссертацию, и билет на самолет был уже куплен), они с Мартином поставили перед собой задачу выяснить, способен ли очищенный фермент Cas9 разрезать ДНК. Синтезировав рабочую молекулу РНК CRISPR, которую идентифицировала Эммануэль во время работы над S. pyogenes, они смешали РНК CRISPR, белок Cas9 и образец ДНК. Что важно, использованная в экспериментах ДНК содержала последовательность “букв”, совпадающих с последовательностью на одном из концов РНК CRISPR.

Как это часто бывает в науке, этот эксперимент обернулся разочарованием. Никаких изменений в ДНК не наблюдалось; после воздействия Cas9 и комплементарной РНК CRISPR она оставалась точно такой же, как и до этого. Либо Михи не выполнил эксперимент с должной аккуратностью, либо Cas9 все-таки был лишен способности разрезать ДНК. Михи представил результаты сотрудникам лаборатории и в несколько подавленном настроении отправился домой, уверенный, что целое лето, занятое сложной работой по выделению, очищению и изучению Cas9, потрачено впустую.

Пока наше сотрудничество с Кшиштофом и Эммануэль еще только набирало обороты, Мартин курировал работу Михи в лаборатории, но также продолжал поиски вакансии преподавателя. Он проходил собеседования по всему миру – в том числе, например, в Швейцарии (где он в конце концов и станет доцентом в Цюрихском университете). Однако, к счастью для нас, к тому моменту, когда Михи отправился домой, график поездок Мартина тоже стал значительно менее напряженным, поэтому он смог продолжить начатое Михи, полностью сосредоточившись на Cas9 – и на поисках ответа на вопрос, в чем именно заключается функция этого белка.

Работа Михи и Мартина вроде бы показывала, что Cas9 неспособен разрезать ДНК, однако, возможно, что-то было не так с самим экспериментом? Возможностей было множество: от тривиальных (например, белок мог распасться в пробирке) до более сложных (например, мог отсутствовать необходимый компонент реакции). Чтобы проверить эту вторую версию, Мартин и Кшиштоф начали пробовать различные способы проведения эксперимента по разрезанию ДНК. Благодаря очередной забавной случайности, которых полна эта история, они узнали, что выросли практически через границу друг от друга: Кшиштоф – в Польше, а Мартин – в стране, которая тогда называлась Чехословакия. Оба они говорили по-польски, что стало отличным подспорьем для все более частых разговоров по скайпу, в ходе которых они обменивались мыслями о своих экспериментах.

В конце концов Кшиштоф и Мартин провели опыты, где они использовали не только РНК CRISPR, но и второй тип РНК, названный трансактивационной РНК (tracrRNA), который, как обнаружили в лаборатории Эммануэль, был необходим для выработки РНК CRISPR у S. pyogenes. Результат оказался простым, однако он очень много значил для нас: ДНК, в которой 20 “букв” точно совпадали с эквивалентами в молекуле РНК CRISPR, была аккуратно вырезана. Контрольные эксперименты показали, что совпадение последовательностей РНК CRISPR и ДНК необходимо – как и присутствие белка Cas9 и трансактивационной РНК.

В сущности, эти результаты моделировали то, что происходит в клетке во время иммунного ответа CRISPR с минимальным набором компонентов; никаких клеточных молекул, помимо Cas9 и двух молекул РНК, которые выглядели так же, как они выглядят внутри клетки Streptococcus pyogenes. Плюс еще молекула ДНК с такой же последовательностью, как в геноме фага. Более важным казался тот факт, что двадцать этих “букв” ДНК совпадают с “буквами” РНК CRISPR, – это означало, что РНК CRISPR и одна из двух нитей ДНК способны образовать свою собственную двойную спираль путем комплементарного взаимодействия оснований. Такая двойная спираль ДНК – РНК могла быть ключом к специфичности активности Cas9, связанной с разрезанием ДНК.