Na Nobelovu cenu to bylo velmi rychlé. Nositelkami Nobelovy ceny za chemii pro rok 2020 se staly dvě vědkyně, které měly velkou zásluhu na jednom z největších objevů prvních desetiletí 21. století.
Jennifer Doudna a Emmanuelle Charpentier učinily klíčové objevy ve zvládnutí nástroje na „stříhání“ genů, který je známý jako CRISPR/Cas-9. Klíčové publikace podrobností tohoto objevu spadají do roku 2012. ( O CRISPRu jsme psali v posledních letech velmi hojně)
Nedávný průlom
V roce 2012 se mezi biology strhl poprask, který se poměrně rychle přelil ze stránek odborného textu i do tisku populárně-naučného a postupně i do běžných médií. V několika velmi hojně citovaných článcích vyšel popis nového nástroje na úpravu DNA, který mění celý obor – a v blízké budoucnosti dost možná i mnohem víc.
Nese název CRISPR a v podstatě jde o upravenou „zbraň“, kterou se bakterie brání proti útokům virů. Na první pohled nebylo nikomu jasné, jak by takový bakteriální „imunitní systém“ mohl být k užitku lidem.
Ale od roku 2012 už víme, že CRISPR umí něco, co se vědcům dlouho nedařilo: jednoduše a (poměrně) přesně najít určité místo v DNA – třeba v lidských buňkách nebo buňkách rostlin a zvířat – a s pomocí vhodného „spolunástroje“ (známý enzym Cas9) ho například vyříznout, ale třeba také nahradit nebo nějak upravit.
Zní to celé možná poněkud triviálně, ale není. Alespoň ne v případě zvířat a jiných takzvaných vyšších organismů. U bakterií vědci již desetiletí provádějí poměrně zásadní genetické úpravy, ale s pomocí nástrojů, které ve výrazně složitějších buňkách, například savců, prostě nefungují dostatečně přesně a spolehlivě.
DNA vyšších organismů je impozantní dílo evoluce. Ve většině lidských buněk ji tvoří miliardy jednotlivých „písmen“, takzvaných bází. Plně natažena by naše DNA měla délku několika metrů, obvykle se uvádí dvou až tří, ve skutečnosti je ovšem velmi těsně zabalena do buněčného jádra, které má průměr méně než deset mikrometrů, tedy méně, než je desetina průměru vlasu. „Nit“, ze které je toto zamotané klubko problémů vytvořené, je přitom téměř neviditelná; samotná molekula DNA je velmi tenká a stěží pozorovatelná i těmi nejlepšími současnými mikroskopy.
Spolehlivé vyhledávání v této gigantické databázi bylo dlouho neřešitelným problémem, který CRISPR dokáže vyřešit. Náhle se otevřela možnost, že bude možné jednoduše vytvořit nástroj, který najde v DNA úsek odpovědný za dědičnou nemoc a odstraní ho nebo nahradí něčím jiným. A člověk, kterému medicína dnes dokáže pomoci jen stěží, bude vyléčen.
Nebo ji možná použijete k hubení komárů, vytvoření rostlin odolnějších proti suchu, hospodářských zvířat odolných proti nemocem – a pokud nemáte skrupule, tak třeba i dětí se (snad) zvýšenou odolností proti nemoci AIDS, tak jak to k překvapení prakticky celého světa udělal v roce 2017 Číňan Che Ťien-kchuej.
„Krásný nový svět“ přitom začal nenápadně. CRISPR byl dlouho předmětem zájmu jen velmi úzké skupiny vědců. A mezi nimi vynikly obě letošní laureátky.
Nositelky Nobelovy ceny za chemii pro rok 2020. Vlevo Emmanuelle Charpentier, vpravo Jennifer Doudna.
Cesta k velkému objevu
Emmanuelle Charpentier v roce 2002 založila vlastní výzkumnou skupinu na univerzitě ve Vídni. Věnovala se v ní výzkumu patogenní bakterie Streptococcus pyogenes. Někdy se laicky označuje jako „masožravá“, protože v některých případech může napadat a rozkládat měkké tkáně.
Charpentier se věnovala zkoumání toho, co dělají jednotlivé geny této bakterie. Celé roky trpělivě pracovala na „mapování“ genetické mašinérie této bakterie, včetně úlomků RNA, které slouží v buňce jako „poslíčci“, zprostředkovatelé a plní celou řadu životně důležitých funkcí.
Roky práce přinesly plody v roce 2011, kdy publikovala práci o objevu skupiny RNA „úlomků“ s neznámou funkcí a také zajímavých úseků DNA s instrukcemi, podle kterých si bakterie tyto „pomocníky“ vyráběla - úseků, které byly známé jako CRISPR. Podobné „CRISRP úseky“ se objevují v celé řadě bakterií různých typů, a tak bylo nabíledni, že jde o úseky s důležitou funkcí. Ale jakou?
Aby mohla odpovědět na tuto otázku, spojila se Charpentier s Jennifer Doudna, která v té době měla pověst úspěšné vědkyně se specializací na funkce RNA v buňce. (Přesněji řečeno tzv. RNA interferenci, což byl v té době opravdu velmi slibný obor, který trochu ztratil na lesku, protože vývoj praktických aplikací se nedaří.) Obě vědkyně se poprvé potkaly na konferenci v Portoriku v roce 2011, kam Charpentier přijela podle vlastních slov s cílem se s Doudnou seznámit a navázat spolupráci.
Doudnu výsledek Charpentier skutečně zaujal a po návratu do své laboratoře v Kalifornii připravila s kolegy sérii pokusů, které měly za cíl zjistit, zda náhodu Charpentier objevené úlomky neslouží jako obrana bakterie proti virům.
Doudna měla na základě své předchozí práce představu (jak se ukázalo poměrně přesnou), že ony úlomky RNA vytvořené podle CRISPR úseku DNA slouží jako „identifikační systém“, který dokáže odhalit virovou DNA. (Jednoduše tak, že na virovou DNA správně pasuje, nehledejte v tom nic složitějšího.) Když ji najde, přijde ke slovu další část systému, bílkovina Cas-9, která DNA molekulu odhaleného nepřítele přestřihne. Celé to tedy funguje jako jedna ze složek „imunitního systému“ bakterie.
Doudna měla zprvu problémy systém ve zkumavce zprovoznit, ale když se jí to povedlo, byl by z toho zajímavý objev, těžko ovšem Nobelova cena. Tu přinesly následné pokusy inspirované jednoduchou otázkou: Bude to fungovat i na něco jiného?
Vyrobila si vlastní CRISPR-RNA podle pěti genů z materiálu, které měla v laboratorním mrazáku. Ukázalo se, že stačí tato výměna a nástroj funguje jako téměř „univerzální nůžky na geny“.
Když tým objev v roce 2012 publikoval v časopise Science a ostatní vědci z oboru si mohli jeho možnosti ověřit, v podstatě nebylo pochybnosti o tom, že vedoucí obou týmů, tedy Charpentier a Doudna, mohou někdy v budoucnosti očekávat telefonát ze Stockholmu. Obě od té doby obdržely celou řadu nejrůznějších ocenění, na letošní ceně pro ně je snad překvapivé pouze to, že přišla tak brzy.
Co bylo předtím?
Jako první byli tradičně v pondělí 5. října oznámeni nositelé ceny za medicínu a fyziologii. Těmi se pro rok 2020 stali objevitelé viru způsobujícího hepatitidu C, což je tak trochu „neviditelné“ infekční onemocnění, které dnes máme i díky třem oceněným vědcům šanci vymýtit.
V úterý 6. října přišla na řadu fyzika. Cenu v tomto oboru získali jeden teoretických fyzik a dva astronomové, kteří (jeden na papíře, zbylí dva ve fotografii) jasně prokázali existenci černých děr.
V roce 2019 získali Nobelovu cenu za chemii Američan John Goodenough, britsko-americký vědec Stanley Whittingham a Japonec Akira Jošino. Nebylo to vůbec žádné překvapení, ba naopak, udělení této ceny očekávali mnozí i dříve. Laureáti se totiž (každým svým dílem) podíleli na za vývoji lithium-iontových baterií, které se v současné době využívají po celém světě k napájení nejen elektroniky, ale také už dopravních prostředků.
Udělování Nobelových cen probíhá každoročně ve stejném pořadí, kdy se jako první o ocenění v pondělí dozvědí laureáti ceny za lékařství, o den později se oznamují jména nositelů ceny za fyziku. Po oznámení cen za chemii poté následuje ocenění za literaturu, za mír a za ekonomii.
Slavnostní předání ocenění plánované na 10. prosince, tedy výročí úmrtí zakladatele ceny a vynálezce dynamitu Alfreda Nobela. S cenou se pojí odměna ve výši deseti milionů švédských korun (25,9 miliony Kč), což je o milion švédských korun více než dosud.
