Emmanuelle Charpentier: od bakterija do Nobela

Emmanuelle Charpentier je 2020. godine podijelila Nobelovu nagradu za hemiju s Jennifer Doudnom za rad na razvoju tehnologije uređivanja gena koja je poznata pod skraćenicom CRISPR (krispr). Pronađite malo vremena da pročitate priču o njoj, nadopunjenu njenim izjavama u toku razgovora vođenog s novinarima, uključujući i predstavnike QoS/Nauka Govori na Lindau Nobel Meetings 2023. Isplatiće se.

Charpentier je rođena 11. decembra 1968. u francuskom gradiću Juvisy-sur-Orge, dvadesetak kilometara južno od Pariza. Kao i kod dosta osoba koje se zanimaju prirodnim naukama, njeno interesovanje za prirodu počelo je rano: njen otac, upravnik parka po zanimanju, podučavao ju je latinskim nazivima biljaka, a majka joj je bila psihijatar i vjerovatno je bilo i njenog utjecaja da nauka i medicina budu Emmanuelle interesantni. Inače jedna od zanimljivosti iz njene biografije je to da joj je djed po ocu Armenac, koji je pobjegao ispred genocida nad Armenima.

Studirala je na Pierre i Marie Curie Univerzitetu koji će kasnije postati Fakultet prirodnih nauka pri Sorbonne. Dobila je mogućnost da radi doktorat na čuvenom Institutu Pasteur, i jedna njena prva velika naučna ljubav će biti istraživanja rezistencije na antibiotike. Tokom devedesetih je na postdoktorskim istraživačkim studijima u Sjedinjenim Državama.

Ona je od 1997. do 1999. radila pri Medicinskom centru Univerziteta u New Yorku, u laboratoriji Pamele Cowin, koja se bavila manipulacijom gena sisara. Od 1999. do 2002. bila je na poziciji istraživačke saradnice u dječjoj istraživačkoj bolnici St. Jude i Institutu za biomolekularnu medicinu Skirball u New Yorku. Nakon toga, vraća se u Evropu, ali prvo u Beč, gdje osniva svoju istraživačku grupu. Godine 2004. Emmanuelle je objavila svoje otkriće molekule RNA uključene u kontrolu sinteze faktora virulencije u Streptococcus pyogenes i tu kreće ono što će joj na kraju i donijeti Nobelovu nagradu. Sve se više interesuje za ovu bakteriju i njene sposobnosti i osobine.

„Moja avantura s CRISPR-om započela 2006. mojim interesovanjem za jedan ljudski patogen, bakteriju Streptococcus pyogenes. Proučavali smo regulatorne mehanizme u kojim se ove bakterije brzo adaptiraju okolini da prežive.“, kazala je Charpentier.

Emmanuelle Charpentier je primarno bakteriolog, ali njena istraživanja u cilju boljeg razumjevanja kako neke bakterije zaraze ljude i kako odolijevaju virusima koji njih napadaju, bila je jedna od karika razvoja CRISPR tehnologije.

Godine 2006. Emmanuelle se habilitirala i postala docentica mikrobiologije u Centru za molekularnu biologiju. Ubrzo nakon toga, odazi u Švedsku na Umeå univerzitet, ne drži je mjesto, traži nove mogućnosti finansiranja za svoja istraživanja. Neće se zadržati ni tu – na kraju, pa do danas, je u Njemačkoj, pri Institutu Max Planck. Trenutno je direktorica Max Planck instituta za infektivnu biologiju u Berlinu.

Ove putešestvije i mijenjanja mjesta, država i institucija dali su Charpentier osjećaj za internacionalizaciju u nauci i pogled koliko takav način rada koristi i koje su mu mane. Naučnici – nomadi često su produkt okoline jer je u akademskoj zajednici malo stalnih pozicija, finansiranje istraživanje traje relativno kratko, obično do 5 godina čak i ako imate EU projekte i onda morate tražiti nove pozicije, nove načine finansiranja i preživljavanja vas i vašeg istraživanja.

Ipak, za Charpentier nauka je izvor radosti, Evo šta je rekla za Nauka Govori Instagram:

„Radost bavljenja naukom i naučnim istraživanjima za mene je u suštini luksuz da mogu postaviti neka pitanja na koja još nije odgovoreno. I luksuz da imam priliku da odgovorim na njih. I radost nauke je i rad sa drugim naučnicima što je okruženje u kom se može mnogo naučiti. I to nam omogućava da možemo odgovoriti na pitanja. Dakle, to je zaista mješavina intelektualnog rada, mogućnosti da se bavimo eksperimentima, i jedinstvene prilike da ostvarimo nešto i vidimo rezultate našeg istraživanja tako što ćemo sami eksperimentirati. Stvarno je mnogo aspekata koji donose radost u bavljenju naukom i istraživanjem.”

CRISPR-Cas9: molekularne makaze

Već deceniju, CRISPR-Cas9 sastavni je dio alata svakog istraživača za manipulisanje genetičkim informacijama uvođenjem ili ispravljanjem mutacija, zamjenom gena, modificiranjem DNK.

Za one koji redovno prate ovu stranicu, Quantum of Science/Nauka govori, nema potrebe puno objašnjavati šta je to CRISPR. Ipak, za sve one koji to ne znaju, treba napisati par riječi.

„CRISPR-Cas je RNK imunološki sistem koji je evoluirao u bakterijama i funkcija mu je zaštititi te mikroorganizme od invazije pokretnih genetičkih elemenata kao što su virusi. Dekodiranje detaljnog mehanizma jednog od CRISPR-Cas sistema – CRISPR-Cas9 – s mojim timom dovelo je do razvoja transformativne tehnologije u biološkim naukama, omogućavajući brzo i efikasno ciljano uređivanje genoma, označavanje hromosoma i regulaciju gena“, objasnila je za Nauka Govori Charpentier.

“Ljepota ovog mehanizma je u tome što je dovoljno jednostavan, a opet dovoljno svestran da postane moćna tehnologija za uređivanje genoma., dodala je Charpentier”

CRISPR su zapravo „molekularne makaze“ koje mogu isjeći genom na određenom mjestu. CRISPR je dio ovog sistema koji je vodič za enzim Cas9 da isiječe, modificira određeni dio genoma, a enzim Cas9 su „makaze“. Charpentier je svakako najpoznatija po ovome. Ona je primarno mikrobiolog-bakteriolog, kao pravi izdanak Instituta Pasteur, ali su je prilike i slučajnosti uvele u polje istraživanja RNK, preko piogenog streptokoka.

„Primjene CRISPR-Cas tehnologije bile su iznimno široke, uključujući stvaranje transgenih životinja, genetičku modifikaciju različitih vrsta ćelija, genetičku modifikaciju biljaka i usjeva, između ostalog. Osnovane su biotehnološke tvrtke za razvoj tehnologije za liječenje ozbiljnih ljudskih genetičkih poremećaja. Tehnologija je također privukla interes farmaceutske i biotehnološke industrije, ne samo da bi se iskoristio njezin potencijal za pojednostavljenje bioproizvodnje i pregleda, već i da bi se primijenila na potencijalno liječenje ozbiljnih ljudskih bolesti“, istakla je.

Put do Nobelove nagrade

Na jednoj konferenciji 2011. sreće američku naučnicu Jennifer Doudnu i njih dvije započinju saradnju. Radeći zajedno s Doudninom laboratorijom, laboratorija Emmanuelle Charpentier pokazuje da se ova tehnologija Cas9 može koristiti da mijenja DNK i kreirale su vještačke molekule RNK koje vode enzim Cas9 da isijeca DNK.

Ovo otkriće je revolucionaliziralo područje biotehnologije i mnogim naučnicima olakšalo rad u laboratorijama. Ono je temeljeno na istraživanjima DNK, enzima i bakterija generacija i generacija naučnika prije Charpentier i Doudne. Komitet za dodjelu Nobeove nagrade je imao težak zadatak izdvojiti naučnike koji su ponajviše zaslužni za otkriće jer su tu osim Doudne i Charpentier značajne doprinose dali i Yoshizumi Ishino, Francisco Mojica, Virginijus Šikšnys i Feng Zhang. Ipak, na kraju su samo Doudna i Charpentier ovjenčane laueratom – ne treba zaboraviti da tradicionalno nagradu mogu podijeliti maksimalno samo tri osobe. Te 2020. godine, Komitet je posebno bio naklonjen ženama u nauci.

Potreba za regulacijom tehnologija uređivanja gena

Charpentier često naglašava i potrebu za regulacijom ove tehnologije i istraživanja, naročito istraživanja ljudskih embrija koja koriste CRISPR.

„Postojala je inicijativa tri nacionalne akademije nauka – iz Sjedinjenih Država, Kine i Ujedinjenog Kraljevstva vezano za regulaciju uređivanja gena iz 2018. godine a, čija je svrha bila uspostavljanje internacionalnih preporuka i regulacija o etici editovanja gena i proučavanja ljudskih embrija. CRISPR tehnologija tada nije bila dovoljno istražena da se koristi za genske terapije. Bilo je potrebno obezbijediti da se ne počne s takvom upotrebom jer bi to doveo do neregulisane upotrebe tehnologije. Moramo biti sigurni da se tehnologija neće koristiti za dizajniranje CRISPR beba kao što je to urađeno u Kini“, kazala je Charpentier.

Važnost internacionalizacije u nauci

Za Charpentier je, osim toga što je jedna od rijetkih žena koje su dobile Nobelovu nagradu, karakteristično i to što je u potrazi za boljim uslovima rada promijenila niz instituta i država. Ona je promijenila 5 država i još više instituta da bi došla do onoga što je sad. Ne kažemo da ovako treba izgledati put svakog naučnika koji/koja želi uspješnu i plodnu karijeru, nego skrećemo pažnju na to koliko se naučnici moraju odricati u svom radu i koji su pritisci i nemogućnosti razvoja karijere te žrtve koje podnose – daleko ste o svojih bliskih prijatelja i rodbine, i često pritisak može stvoriti tjeskobu i loše utječe na mentalno zdravlje naučnika. Tu je i proces prilagođavanja novoj zemlji, koji je stresan, a često nije lako naći ni novu poziciju u drugoj zemlji.

Charpentier, pored svega ovoga, smatra kako je internacionalizacija jako bitna i dobra.

„Različit akademski okoliš je za mene bio dobar, to je ono što mi je pomagalo u razvoju, u različitim fazama moje karijere. Vjerujem da je za naučnika važno da ima slobodu istraživanja, dobru infrastrukturu, ne nužno veoma bogatu infrastrukturu, nego onu koja je dovoljna da naučnici mogu naći sredstva da rade projekte“ kazala je Charpentier, dodavši kako je internacionalizacija važna jer različiti ljudi donose različite tipove ekspertize i misle na drugačiji način.

„Možete imati laboratoriju koja nije toliko internacionalna, ali često su voditelji laboratorije bili negdje vani i donosili su pomalo drugačijih pogleda, ali danas je internacionalizacija važna“.

Za naučni rad i rezultate je potrebno dosta vremena

Ona je istakla kako naučnici osjećaju pritisak da moraju brzo objaviti rezultate istraživanja, međutim za ozbiljan naučni rad potrebne su godine i godine.

„Političari često traže da fundamentalna istraživanja budu utjecajna i odmah daju produkte, a to je pogrešno. Također, političari daju vremenske okvire za istraživanja koje je nemoguće ispuniti. Jedan grant se daje na tri ili pet godina a to su projekti koji traju čitav život, a ne tri godine. Za tri godine vam treba minimum tri do pet osoba, a daju vam jednu i to uzrokuje frustracije. Ljudi su slobodni da istražuju šta žele, ali osjećaju da nisu slobodni da idu za onim što žele“, istakla je Emmanuelle Charpentier.

„Mislim da bi bilo dobro naglašavati kako javno finansirana istraživanja i fundamentalna istraživanja traju i po trideset godina, ljudi godinama rade na istoj temi. Ja sam morala tražiti novu okolinu, novi tip finansiranja, novo interesovanje i više vremena da bi se mogla baviti projektom. Mnogi kažu da najbolje istraživanje dolazi nakon četiri, pet godina. Jedno vrijeme se ništa ne događa, a onda sve što ste naučili iz drugih projekata koji nisu uspjeli treba vremena da sazri i to je slučaj s CRISPR i onda tvari idu brzo. Ali trebaju vam te dodatne godine i nekad su one kritične“.

Charpentier se sada malo odmakla od biologije CRISPR tehnologije i vratila više bakteriologiji. Kako sama kaže, u svijetu su u porastu infektivne bolesti i potrebno je ojačati ekspertizu u ovoj domeni jer bolesti nemaju granica, a istovremeno klimatske promjene djeluju na evoluciju vrsta, pa tako i patogena.