Лауреатами Нобелевской премии по химии 2020 года стали Эммануэль Шарпантье (Emmanuelle Charpentier) и Дженнифер Дудна (Jennifer Doudna), премия присуждена им за развитие метода редактирования генома CRISPR/Cas. Подробнее об исследованиях ученых и их заслугах можно прочитать в пресс-релизе на сайте Нобелевского комитета.

До недавнего времени существовало два способа внести изменения в геном живого организма: собрать его с нуля (как делали с некоторыми бактериями) или встроить внутрь вирусный вектор. Второй метод помог получить первые генетически модифицированные организмы, но оставался достаточно сложным и неточным: чтобы удостовериться в том, что вектор оказался в нужном участке генома, нужно было ставить сразу множество проб и отбирать единственную удачную. Кроме того, с помощью вирусного вектора сложно внести тонкие изменения в геном — например, заменить одну «букву» в тексте ДНК или удалить последовательность из нескольких нуклеотидов.

Эти проблемы смогли решить системы генетического редактирования — так называемые «молекулярные ножницы». Это системы из ферментов, которые нацеливаются на конкретную последовательность ДНК и разрезают ее в условленном месте. Они позволили избирательно удалять участок из генома или заменять его на другой — если предварительно снабдить клетку шаблоном для замены.

Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна Nobel Media / Niklas Elmehed

CRISPR/Cas9 была не первой системой редактирования генома, но обогнала все прочие по точности и дешевизне. Дело в том, что в других системах редактирования — TALEN или «цинковые пальцы» — точность достигается за счет подбора фермента. Иными словами, прежде чем редактировать ген, ученым необходимо получить нуклеазу — фермент, разрезающий ДНК — который будет связываться с нужной последовательностью. Это довольно долго и дорого.

В случае CRISPR/Cas9 нуклеаза всегда работает одинаково, а специфичность достигается за счет гидовой, или направляющей РНК — которая наводит нуклеазу на необходимый участок. Это связано с тем, что CRISPR/Cas9 — система бактериального происхождения, это механизм, с помощью которого бактерии избавляются от вирусных вставок в своем геноме.

CRISPR/Cas9 появилась в заголовках научных статей довольно давно, но захватила внимание научного сообщества менее 10 лет назад — когда Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна выяснили, как именно эта система работает у бактерий, и научились применять ее для внесения нужных изменений в геном. С тех пор эта система стала самым популярным методом генетического редактирования. Она породила множество модификаций: сейчас мы умеем не только вырезать последовательности из ДНК, но также редактировать РНК и заменять отдельные нуклеотиды, не повреждая геном.

CRISPR/Cas9 начали использовать для создания ГМО нового поколения и лечения редких болезней, эта система поучаствовала в самом громком научном скандале последних лет — появлении генетически измененных детей в Китае. Споры о том, в каком случае применение этой системы на людях оправдано и этично, продолжаются и сейчас. Но тем более показательно, что Нобелевскую премию за нее присудили не в области физиологии или медицины, а в области химии. Сегодня Нобелевский комитет оценил систему генетического редактирования как метод. Возможно, это не последняя Нобелевская премия, связанная с CRISPR/Cas9 — но, по всей видимости, время оценить ее значимость для медицины еще не пришло.

По предсказаниям Clarivate Analytics, основанным на наукометрических данных, фаворитами на получение премии по химии считались Хён Тэ Хван, Кристофер Мюррей и Маунги Бавенди за разработку нанокристаллов и квантовых точек. Альтернативные кандидатами считались Стивен Бухвальд и Джон Хартвиг за их вклад в органометаллическую химию, а также Макото Фудзита, работающий в области супрамолекулярной химии.

В 2019 году Нобелевскую премию по химии получил Джон Гуденаф (John Goodenough), Стэнли Уиттингем (Stanley Whittinhgham) и Акира Ёсино (Akira Yoshino) «за разработку литий-ионных батарей». Нобелевскую премию по химии 2018 года вручили Фрэнсис Арнольд (Frances Arnold) за направленную эволюцию ферментов, а также Джорджу Смиту (George Smith) и Грегори Винтеру (Gregory Winter) за фаговый дисплей пептидов и антител.