Четырнадцатого февраля, задолго до того, как бо́льшая часть США обратила внимание на новую коронавирусную инфекцию, лаборатория Чжана разместила в интернете технический документ с описанием теста и предложила всем лабораториям свободно использовать его или адаптировать процесс. “Сегодня мы делимся протоколом исследования диагностики #coronavirus COVID-19 на базе SHERLOCK и надеемся, что это поможет людям, которые борются с его вспышкой, – твитнул Чжан. – Мы будем обновлять информацию по мере получения новых данных”[517].
Основанная им компания Sherlock Biosciences быстро приступила к преобразованию метода в коммерческий диагностический инструмент, подходящий для применения в больницах и поликлиниках. Директор компании Рахул Дханда сказал своей команде, что хочет, чтобы компания сосредоточилась на COVID, и исследователи вернулись к своим рабочим станциям и принялись за дело. “Это был буквально разворот: ученые развернулись на своих стульях, а компания развернулась к новой цели”, – говорит Дханда. К концу 2020 года компания уже сотрудничала с производственными партнерами, налаживая выпуск маленьких аппаратов, с помощью которых результаты можно было получать менее чем за час[518].
Примерно тогда, когда Чжан приступил к разработке своего теста на коронавирус, Дженис Чен позвонил ученый из научно-консультативного совета компании Mammoth Biosciences, которую она основала вместе с Даудной и Лукасом Харрингтоном. “Может, разработать на базе CRISPR новый диагностический тест для обнаружения вируса SARS-CoV-2?” – спросил он. Чен ответила, что попытаться стоит. В результате они с Харрингтоном оказались втянутыми в очередное противостояние кругов Даудны и Чжана, которые работали в разных концах страны[519].
Через две недели команда Mammoth смогла перенастроить свой инструмент DETECTR на базе CRISPR таким образом, чтобы он обнаруживал SARS-CoV-2. Одно из преимуществ совместной работы с Калифорнийским университетом в Сан-Франциско, имевшим собственную больницу, состояло в том, что испытания можно было проводить на пробах, взятых у 36 настоящих пациентов, болеющих COVID, в то время как Институту Брода сначала приходилось довольствоваться синтетическими вирусами.
Тест Mammoth опирался на CRISPR-ассоциированный фермент Cas12, который Чен и Харрингтон изучали в лаборатории Даудны. Он нацелен на ДНК, поэтому может показаться менее подходящим, чем входящий в SHERLOCK Cas13, нацеленный на РНК, генетический материал коронавируса. Но в рамках обоих методов РНК коронавируса необходимо преобразовать в ДНК для амплификации. В тесте SHERLOCK его затем приходится транскрибировать обратно в РНК, чтобы его можно было обнаружить, и таким образом к процессу добавляется еще один маленький шаг.
Чен и Харрингтон поспешили выложить в интернет технический документ с описанием теста Mammoth. Во многом он напоминал процесс SHERLOCK. Нужны были только термостат, реагенты и бумажные тест-полоски для результатов. Как и Чжан, члены команды Mammoth решили открыть свободный доступ к своей разработке.
Четырнадцатого февраля, собираясь опубликовать свой технический документ, Чен и Харрингтон увидели сообщение, пришедшее в Slack. Кто-то прислал ссылку на только что опубликованный Чжаном твит, в котором тот сообщал о размещении онлайн технического документа об использовании протокола SHERLOCK для обнаружения коронавируса. “Мы подумали: «Вот черт»”, – говорит Чен, вспоминая ту пятницу. Но через несколько минут они поняли, что выгодно выложить документы одновременно. Они добавили к своей статье постскриптум: “Пока мы работали над этим техническим документом, был опубликован другой протокол обнаружения SARS-CoV-2 с помощью диагностического инструмента на базе CRISPR (SHERLOCK, в. 20200214)”. Они также дополнили работу полезной таблицей со сравнительной схемой работы этих методов[520].
Чжан проявил благосклонность, что было довольно просто, ведь он опередил команду Mammoth всего на один день. “Обратите внимание на документ, предоставленный Mammoth, – твитнул он и дал ссылку на публикацию. – Хорошо, что ученые работают вместе и открыто делятся своими находками. #coronavirus”.
В этом твите нашла отражение новая благоприятная тенденция в мире CRISPR. Ожесточенная борьба за патенты и премии привела к замалчиванию исследований и основанию конкурирующих CRISPR-компаний. Но теперь Даудна, Чжан и их коллеги понимали, что победить коронавирус нужно срочно, и потому готовы были работать открыто и делиться результатами своего труда. Конкуренция по-прежнему играла важную и полезную роль: круги Даудны и Чжана, как и прежде, соперничали, стремясь быстрее публиковать статьи и разрабатывать новые тесты на COVID. “Я скажу как есть, – говорит Даудна. – Конкуренция, несомненно, сохраняется. Благодаря этому люди чувствуют насущную необходимость двигаться вперед, потому что в ином случае первыми к финишу придут другие”. Но все же коронавирус несколько смягчил соперничество, поскольку патенты теперь не обладали первостепенной важностью. “В этой ужасной ситуации есть невероятный плюс: опустив вопросы об интеллектуальной собственности, все просто стараются найти решения, – говорит Чен. – Люди сосредоточены на том, чтобы создать работающие инструменты, и не думают о коммерческой стороне дела”.
Тесты на базе CRISPR, разработанные Mammoth и Sherlock, дешевле и быстрее привычных ПЦР-тестов. Они также обладают преимуществом тестов на антитела, например теста Abbott Labs, одобренного в августе чумного года. Тесты на базе CRISPR выявляют вирусную РНК сразу после заражения. Но тесты на антитела, которые выявляют наличие белков, существующих на поверхности вируса, достигают максимальной точности лишь после того, как пациент становится заразным для окружающих.
Конечной целью разработки всех этих методов было создание теста на коронавирус на базе CRISPR, который напоминал бы домашний тест на беременность и был бы дешевым, одноразовым, быстрым и простым, чтобы его можно было купить в соседней аптеке и применить, уединившись в собственной ванной.
Харрингтон и Чен из Mammoth представили свой прототип такого теста в мае 2020 года и объявили, что заключили партнерство с базирующейся в Лондоне транснациональной фармацевтической компанией GlaxoSmithKline (производителем солпадеина и терафлю), чтобы наладить его производство. Тест должен был за двадцать минут давать точный результат без применения специального оборудования.
Лаборатория Чжана в тот же месяц нашла способ упростить систему обнаружения SHERLOCK, заменив двухступенчатую реакцию одноступенчатой. Из оборудования при этом нужна была лишь одна емкость, чтобы поддерживать в системе температуру 60°C. Чжан назвал новый метод STOP (SHERLOCK testing in one pot, “диагностика с помощью SHERLOCK в одном резервуаре”)[521]. “Давайте покажу, как это будет выглядеть, – с мальчишеским задором сказал Чжан, листая в зуме слайды и изображения. – Просто помещаете назальную пробу или пробу слюны в этот картридж, вставляете его в устройство, вскрываете один пузырек, чтобы вылить раствор, который выделит вирусную РНК, а затем вскрываете другой пузырек, откуда в амплификационную камеру поступают сублимированные CRISPR для проведения реакции”.
Чжан назвал свое устройство STOP-COVID. Впрочем, эту платформу легко адаптировать для обнаружения любого вируса. “Поэтому мы и выбрали название STOP, к которому можно добавлять название любой цели, – поясняет Чжан. – Мы можем создать STOP-грипп, STOP-ВИЧ и даже задать одной платформе много целей для обнаружения. Устройству все равно какой вирус искать”[522].
Разработанный Mammoth инструмент тоже можно без труда перепрограммировать на обнаружение любого нового вируса. “Прелесть CRISPR в том, что, имея платформу, достаточно просто перестроить химию, чтобы обеспечить обнаружение другого вируса, – говорит Чен. – Ее можно использовать при следующей пандемии и при диагностике любого вируса. Кроме того, с ее помощью можно противостоять бактериям и чему угодно, что имеет генетическую последовательность, даже раку”[523].
Разработка наборов для проведения анализов на дому может не только повлиять на борьбу с COVID, но и привести биологию домой, как персональные компьютеры в 1970-х годах привели в повседневную жизнь и сознание людей цифровые продукты и услуги, а также дали им представление о микросхемах и программном коде.
Персональные компьютеры, а затем смартфоны стали платформами, на которых сменяющие друг друга поколения инноваторов могут создавать прекрасные продукты. Кроме того, они помогли превратить цифровую революцию в нечто личное, и это подтолкнуло людей хотя бы немного разобраться в технологиях.
Когда Чжан был маленьким, его родители подчеркивали, что он должен использовать компьютер как инструмент для разработки проектов. Когда его внимание переключилось с микросхем на микробов, он задумался, почему биология не проникла в будни людей столь же глубоко, как компьютеры. Не существовало ни простых биологических устройств, ни платформ, на которых новаторы могли бы строить новые вещи и которые обычные люди могли бы использовать у себя дома. “Проводя эксперименты по молекулярной биологии, я думал: «Это очень здорово и очень основательно, но почему же это влияет на жизнь людей так же, как компьютерные программы?»”
Он задавался тем же вопросом в аспирантуре. “Как думаете, как мы можем привести молекулярную биологию на кухню или к людям домой?” – спрашивал он у однокурсников. Разрабатывая на базе CRISPR домашние тесты для обнаружения вирусов, он понял, что, возможно, нашел ответ. Наборы для проведения анализов на дому могли стать платформой, операционной системой, конструктивным стандартом, позволяющим нам впустить чудеса молекулярной биологии в повседневную жизнь.