8 открытий в биотехе, сделанных женщинами

В преддверии 8 марта Атлас решил рассказать, какие значимые открытия сделали женщины в биологии, генетике и развитии технологий, которые помогают человечеству и сейчас. Мы собрали 8 историй успеха.

Маргарет Окли Дайхофф была профессором Медицинской школы Джорджтаунского университета и заместителем директора Национального фонда биомедицинских исследований США. Маргарет первой использовала компьютер для сравнения последовательностей белков и построения их эволюционных деревьев. Для этого ей пришлось заменить трехбуквенное обозначение аминокислот на однобуквенное, чтобы данные занимали меньше места.

В 1965 году Маргарет опубликовала Атлас белковых последовательностей и структур, где собрала нужные ученым и исследователям данные о белках. На основе него в 1971 году она запустила Белковый информационный ресурс (Protein Information Resource) — онлайн-базу, с помощью которой каждый мог получить данные о последовательности и структуре белка по телефону или через удаленный компьютер.

Маргарет также была редактором научных журналов, посвященных ДНК, молекулярной эволюции и использованию компьютеров в биологии и медицине. Маргарет Дайхофф умерла до того, как биоинформатика стала отдельным направлением, но ее методы и инструменты используются и в создании современных баз данных, например в проекте «Геном человека».

В 1951 году Розалинд Франклин, которая изучала химию, физику и занималась рентгеновской кристаллографией, начала работу по изучению молекулы ДНК. В этом ей помогали Морис Уилкинсон и Реймонд Гослинг. Из-за конфликта их группы разделились, и для своих исследований Морис присоединился к другу Фрэнсису Крику, который работал в лаборатории Кембриджа с Джеймсом Уотсоном.

В 1952 году Розалинд Франклин сделала всемирно известную фотографию 51 — рентгенограмму ДНК. Ученая определила, что спираль ДНК состоит из двух нитей, в которой фосфатные группы располагаются снаружи, а основания внутри спирали. После этого она занялась подготовкой трех научных статей о молекуле ДНК.

Джеймс Уотсон предлагал Розалинд объединить усилия, чтобы стать первыми открывателями молекулы ДНК, но она отказалась. После этого Морис передал Джеймсу фотографию 51 и неопубликованные данные Розалинд, на основе которых Джеймс Уотсон и Френсис Крик описали свою модель ДНК и опубликовали данные 25 апреля 1953 года в журнале Nature. Только после смерти Розалинд Джеймс признался, что ее вклад в открытие молекулы ДНК был значительным. Розалинд не получила Нобелевскую премию, так как она не присуждается посмертно.

Сейчас благодаря Розалинд секвенирование ДНК и рентгеновская кристаллография используются для исследования вирусов, в том числе SARS-CoV-2 — новой коронавирусной инфекции.

Пептидными называют гормоны, молекула которых состоит из белка или пептида. К ним относится инсулин, окситоцин, тиреотропный и другие гормоны. Они присутствуют в крови лишь в небольших концентрациях, и врачи не могли измерить их химическим методом, распространенным в начале 50-х. К примеру, для измерения количества адренокортикотропного гормона требовалось 250 мл крови. Чтобы решить эту проблему, в 1947 Бронкский госпиталь управления делами ветеранов нанял Розалин Сасмен Ялоу.

Розалин была из семьи еврейских иммигрантов и училась физике в колледже Хантера. Несмотря на ее успехи и нехватку кандидатов мужчин во время Второй мировой, ни один университет не принимал ее в аспирантуру по физике. Но Розалин пригласил в итоге Университет Иллинойса в Урбане-Шампейне по рекомендации одного из профессоров ее колледжа. Она получила степень по ядерной физике, а в 1947 приняла предложение возглавить новое радиоизотопное подразделение в Госпитале управления делами ветеранов в Бронксе.

Розалин не хватало знаний в области медицины, чтобы развиваться в этом направлении, и она наняла в помощь врача-эндокринолога Соломона Берсона. Сначала они открыли, что организм человека производит антитела даже на инсулин, но научное сообщество отвергло их идею. Затем, используя инсулиновые антитела и радиомеченный инсулин, Розалин и Соломон разработали анализ, который позволял измерять количество инсулина в крови. Они опубликовали свою работу о радиоиммунном анализе в 1960 году. Другие исследователи начали использовать его также для других молекул — витаминов, пептидов и гормонов.

В 1977 году Розалинд получила Нобелевскую премию за их совместную работу с Соломоном Берсоном. Ее напарник не смог получить премию, так как награду вручали после его смерти.

Теломеры — концевые участки хромосом. Еще в 1930-х годах Герман Мюллер и Барбара Макклинток заметили, что они каким-то образом препятствуют соединению хромосом друг с другом. Ученые подозревали, что теломеры защищают ДНК, но как они работают — оставалось загадкой.

В 70-х годах биолог и генетик Элизабет Блэкберн изучала хромосомы Тетрахимены — одноклеточного ресничного микроорганизма. Она обнаружила последовательность ДНК CCCCAA, которая повторялась на концах хромосом. В 1980 году Элизабет представила результат на конференции, где познакомилась с Джеком Шостаком. Он открыл, что хромосомы без теломер быстро разрушаются при введении в дрожжевые клетки. Вместе они решили провести эксперимент — выделить последовательности CCCCAA из хромосом Тетрахимены, соединить их с теми хромосомами, которые использовал Джек, и ввести в дрожжевые клетки.

Они доказали, что повторяющаяся последовательность теломер защищает хромосомы от деградации. Позже стало известно, что ДНК теломер со своей характерной последовательностью присутствует у большинства растений и животных. После этого Элизабет вместе со своей аспиранткой Кэрол Грейдер начали исследовать, как работают теломеры. Они открыли фермент теломеразу, которая добавляет те самые повторяющиеся последовательности на концах ДНК и защищает клетки от старения. Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак получили Нобелевскую премию за изучение работы теломер.

В 2017 году Блэкберн вместе с клиническим психологом выпустила книгу «Эффект теломер: революционный подход к более молодой, здоровой и долгой жизни». Подробнее о ней мы рассказали в подборке книг о генетике в блоге Атласа.

Мэри-Клэр Кинг изучала математику и статистику, но лекции по генетике изменили курс ее карьеры. Она решила направить свои знания в относительно новую науку, и занялась изучением наследственной природы рака. Исследования 70-х годов показывали, что повышенный риск развития рака молочной железы прослеживается в некоторых семьях, но в то время еще не предполагали, что заболевание может быть связано с генетикой. Мэри-Клэр была первой, кто это предположил.

Лаборатории Мэри-Клэр в сумме потребовалось 17 лет, чтобы обнаружить ген BRCA1, мутации которого значительно повышают риск рака молочной железы и яичников. Ее команде приходилось строить различные математические модели, чтобы найти загадочную переменную. Работа была опубликована в журнале Science в 1990 году. После этого ученая изучала различные мутации гена BRCA1 и занималась созданием доступных скрининговых тестов для их выявления у женщин.

С 1983 года Мэри-Клэр помогала правозащитной организации, занимавшейся воссоединением родителей с детьми, которых насильственно разлучали во времена Грязной войны в Аргентине. Она разработала методы ПЦР секвенирования с использованием митохондриальной ДНК, которые помогли воссоединить более 100 семей. Также Мэри-Клэр опубликовала методы сбора митохондриальной ДНК с поверхности зубов, чтобы идентифицировать останки солдат во Вьетнаме, Корее и Второй мировой войне.

До 2005 года биолог и генетик Университета Беркли США Дженифер Дудна занималась изучением работы РНК. Ее команда надеялась определить, как функционируют вирусные РНК, чтобы разработать методы лечения для борьбы с вирусными заболеваниями. Но в 2005 году Дженифер позвонила микробиолог того же университета Джилиан Бэнфилд и предложила заняться изучением бактериального гена CRISPR. Его особенность в том, что он отличается у всех бактерий, тогда как все остальные гены — одинаковы. Ученой это показалось интересным, и она направила все свои силы на изучение работы CRISPR.

В 2011 году Дженифер познакомилась с микробиологом и генетиком Эммануэль Шерпантье, которая на тот момент занималась в Швеции изучением бактериального белка Cas9, связанного с геном CRISPR. Дженифер заинтересовалась работой Эммануэль и отправила к ней своего помощника Мартина Джинека. К их работе присоединились также другие ученые.

В статье 2012 года журнала Science Дженифер Дудна, Эммануэль Шарпантье и Мартин Джинек описывают, что с помощью технологии CRISPR Cas9 можно разрезать любой нужный участок молекулы ДНК. Их открытие положило начало череде научных работ, связанных с редактированием генома. В 2020 Дженифер и Эммануэль получили Нобелевскую премию.

Подробнее о технологии редактирования генома вы можете почитать в нашей статье в блоге Атласа.

До 70-х слабослышащим были доступны только слуховые аппараты, которые усиливали звук. Но они не помогали людям с нарушением работы звуковоспринимающих структур уха и мозга. В это время Ингеборг Хохмайр училась в Венском техническом университете и посвятила свою диссертацию системам многоканальной стимуляции слухового нерва.

В 1975 году Ингеборг вместе с будущим мужем Эрвином Хохмайр занялись разработкой кохлеарного аппарата для слабослышащих. Устройство должно было преобразовывать сигналы с внешнего микрофона в сигналы, которые может распознать нервная система. Имплант состоял из двух компонентов: внешнего процессора, преобразующего звук в электрические сигналы, и внутреннего имплантата, посылающего эту информацию в ушную улитку (cohlea). Он имел 8 каналов и передавал 10 тысяч импульсов в секунду. Первый имплант был установлен в 1977 году.

В 90-х Ингеборг и Эрвин основали компанию по производству кохлеарных имплантов MED-EL и наняли первых сотрудников. Ингеборг заняла должность CEO и CTO. Ей принадлежит более 100 научных публикаций и 50 патентов. Сегодня их компания является вторым по величине производителем кохлеарных имплантов в мире. По состоянию на декабрь 2010 года 219 000 человек имеют кохлеарные имплантаты от MED-EL.

Венгерский биохимик Каталин Карико в 90-е специализировалась на исследовании РНК. Она искала пути использования РНК в лечении различных заболеваний. Научное сообщество слабо поддерживало ее идею, так как РНК — нестабильная молекула и легко разрушается еще до введения, а также вызывает сильный иммунный ответ организма. Из-за этих препятствий Каталин не могла получить гранты на свою деятельность, и университет, в котором она преподавала, понизил ее в должности.

В 1997 году она познакомилась с профессором иммунологии Дрю Вайсманом. В совместной серии статей они описали, как определенные мутации в мРНК приводят к снижению иммунного ответа. Они продемонстрировали, что потенциально можно разработать вакцины и лекарства на основе этой молекулы. Но в то время на это открытие не обратили должного внимания.

В 2013 году немецкая компания BioNTech, которая занималась разработкой персонализированных лекарств для онкобольных, предложила Каталин занять пост старшего вице-президента компании. Основатели BioNTech СЕО Угур Шахин и главный врач Озлем Тюречи, которые также являются мужем и женой, верили, что вакцины и лекарства на основе РНК могут помочь в лечении рака.

В начале 2020 года, когда Угур получил первые данные о новой коронавирусной инфекции в Ухани, они решили с женой сосредоточить свои силы на разработке вакцин. Угур понимал, что для проведения исследований и производства вакцин BioNTech нужен партнер, и он обратился к вице-президенту и главе по разработкам вакцин компании Pfizer Катрин Янсен. Она согласилась на сотрудничество, так как до этого они вместе работали над разработкой РНК вакцин от вируса гриппа.

BioNTech использовали работы Каталин Карико и Дрю Вайсмана в создании вакцин против коронавируса на основе РНК. Вполне вероятно, что ученых выдвинут на соискание Нобелевской премии.

Многие из женщин, о которых мы рассказали сегодня, сталкивались с непониманием общества и коллег, но все же находили поддержку и продолжали исследовать и открывать новые технологии и подходы, а также вдохновляли других молодых женщин-ученых. Атлас надеется, что кто-то из читательниц и читателей тоже найдет поддержку в этих историях.