Шерше ля биоинформатик

Михаил Сергеевич Гельфанд в интервью Бластиму поведал одну из своих любимых историй — о рождении модного нынче CRISPR-Cas. Оказывается, биоинформатика сыграла в ней чуть ли не главную роль. Мы слегка дополнили детектив и публикуем его с вкраплениями цитат.

1987 год, Университет Осаки. Группа Ёсидзуми Исино несколько месяцев секвенировала (vk.cc/cSnU6p) ген iap кишечной палочки. И захватила область после него.

«Там были какие-то странные повторы: двадцать с чем-то букв, потом что-то другое, потом те же самые двадцать с чем-то букв. И они в своей статье написали: "А еще мы увидели вот такую странную последовательность"», — Михаил Сергеевич.

Копаться дальше японцы не удосужились, да и обширные базы геномных данных тогда отсутствовали.

Спустя шесть лет на авансцену вышел испанец Франсиско Мохика. Он работал в Университете Аликанте близ Санта-Пола — живописного места с прекрасными пляжами и солеными лагунами. Неудивительно, что группа исследовала галоархей. Мохика обнаружил, что последовательности, которые потом нарекут CRISPR, присутствуют не только у его архей, но и во многих других прокариотических геномах.

«Оказалось, что такие последовательности — повтор со спейсерами — встречаются много где. Занимались этим биоинформатики совершенно непонятно зачем. Ну, повтор — мало ли что там верховный генный инженер навставлял? В общем, это было совершенно эзотерическое занятие, как и вся биоинформатика в 1980–90-е годы», — МС.

Фанфакт: хотя об их функции никто не ведал, кассеты оказались очень удобными для типирования штаммов чумы и микобактерий

Мохика же мечтал разгадать загадку. А поскольку финансирования мокрых исследований не нашлось, Франсиско подался в биоинформатику. В 2003 году он прогнал собранные за годы трудов спейсеры через BLAST. Целую неделю он сидел и руками вводил почти 5 тыс. последовательностей в программу. И, наконец, ему выпала удача: часть спейсеров совпала с фаговыми фрагментами! С коллегами написал статью — но ее везде отклоняли. После двух лет мытарств удалось опубликоваться (vk.cc/cSnUMo) в не самом престижном журнале. Но это стало поворотной точкой.

Параллельно к идее иммунитета пришли и другие. Например, группа Евгения Викторовича Кунина.

«Кунин — выдающийся эволюционист… У него настолько большой хирш, что сам [Хорхе] Хирш на какой-то конференции специально пришел к Жене посмотреть на его хирш... Он занимается эволюционной биологией — кажется, ничего менее приближенного к практике придумать невозможно», — МС.

Кунин с помощью алгоритмов и наметанного глаза увидел (vk.cc/cSnUMo) функциональное сходство между белками Cas и компонентами системы РНК-интерференции эукариот.

Биоинформатика — это здорово. Но требовалось экспериментальное подтверждение гипотезы. Французы Филипп Хорват и Рудольф Баррангу из Danisco добыли его.

«У них проблема, потому что бывают эпидемии фагов в заквасках: фаги портят кефир, потому что кефир должен сквашиваться правильными бактериями, а фаги их убивают. Это реально видимые экономические проблемы», — МС.

В 2007 году в Science вышла статья (vk.cc/cSnVie), где им удалось связать спейсер с устойчивостью к фагу.

Стало очевидно: найден бактериальный адаптивный иммунитет. Все бросились изучать молекулярные механизмы.

«...в итоге обнаружили, что система такая: уникальные последовательности действительно вырезаются из генома фага и служат для того, чтобы опознать геном фага при повторном заражении. crRNA живут в комплексе с белком. Белок таким способом узнает фаговую ДНК и режет ее», — МС.

Важно, что до этого практического применения у CRISPR особо не было. Только потом Дудна и Шарпантье придумали геномное редактирование.

«Это была не высокая биологическая наука, а инженерия, за которую уже дали Нобелевскую премию в 2020 году», — МС.

А сегодня «бактериальная иммунка» спасает жизни людей ?

Почему история поучительна? Ученые-романтики, движимые любопытством к фундаментальным механизмам природы, поспособствовали созданию самой что ни на есть прикладной вещи. Если вам кажется, что вы занимаетесь абстрактной фигней, не отчаивайтесь — она выстрелит. И ботайте биоинформатику — пригодится!

Источник: vk.com

Комментарии: