SHondra Pruett-Miller, biochemik w St. Jude Children’s Research Hospital, odkryła swoje powołanie podczas pierwszego roku studiów podyplomowych na Uniwersytecie Teksasu w regionie Southwestern. W 2003 roku podczas rozmów badawczych na wydziałach wydziału z podekscytowaniem obserwowała, jak Matthew Porteus, obecnie biochemik na Uniwersytecie Stanforda, przedstawia swoje badania nad nukleazami palca cynkowego (ZFN) jako narzędziem indukowania naprawy pęknięć dwuniciowych w celu edycji genów, za pomocą możliwe zastosowania terapii genowej w genetycznych chorobach krwi.¹ „Zakochałem się w tym” – powiedział Pruett-Miller, który później dołączył do zespołu Porteusa jako student. „Pomyślałam: «Wow, siła tej technologii — możliwość wejścia i wprowadzenia precyzyjnych modyfikacji — to zmieni świat!»” Dodała: „Pamiętam, że pomyśleliśmy: «Człowieku, to byłoby niesamowite!» byłoby fajnie, gdybyśmy mogli wyleczyć anemię sierpowatokrwinkową”.

Teraz, 20 lat później, sukces mojego laboratorium nadal przypisuję w dużej mierze kulturze, którą w nim stworzyła.
– Matthew Porteus, Uniwersytet Stanforda

ZFN były jednym z pierwszych narzędzi do ukierunkowanej naprawy genów, ale zaprojektowanie ich tak, aby wycinały precyzyjne miejsce w genomie, było trudne.² Pruett-Miller poszukiwał rozwiązania inżynierii białek, aby nakłonić ZFN do cięcia w określonym miejscu i ostatecznie zaprojektował parę ZFN do cięcia białka zielonej fluorescencji (GFP).³ „Teraz to brzmi naprawdę smutno, ale było naprawdę ciężko i zajęło to dużo czasu” – powiedziała Pruett-Miller.

Miało to miejsce w epoce poprzedzającej CRISPR i tylko kilka firm i laboratoriów akademickich pracowało nad zmodyfikowanymi nukleazami do edycji genomu. „Shondra jest naprawdę jednym z pionierów” – powiedział Porteus. Kilka lat przed tym, jak naukowcy zaczęli badać sposoby skrócenia okresu półtrwania Cas9 w celu poprawy bezpieczeństwa terapii opartych na CRISPR, Pruett-Miller zmienił okres półtrwania ZFN, aby zmniejszyć toksyczność.^4,5 „Była częścią przekazania tej podstawowej wiedzy, dzięki czemu po odkryciu CRISPR każdy wiedział, co z nią zrobić” – dodał Porteus.

W miarę jak rozwijała swoją eksperymentalną wiedzę, inne cechy Pruett-Miller zaczęły błyszczeć. Porteus przypomniała sobie jej umiejętności przywódcze oraz otwarte i oparte na współpracy środowisko, które stworzyła. „Teraz, 20 lat później, sukces mojego laboratorium nadal przypisuję w dużej mierze kulturze, którą w nim stworzyła” – powiedział Porteus.

Pod koniec studiów Pruett-Miller stanęła na rozwidleniu dróg: czy powinna wybrać tradycyjną ścieżkę i zostać pracownikiem naukowym ze stopniem doktora w laboratorium akademickim, czy też otworzyć się na nowe możliwości w przemyśle? Wybrała przemysł. „Byliśmy trochę rozczarowani, że poszła do Sigmy, ponieważ myśleliśmy, że jej przeznaczeniem jest prowadzenie własnego laboratorium” – powiedział Porteus.

Inni wyrazili ostrzejsze opinie. „Jedna osoba powiedziała mi, że nie zrobienie postdoktoratu to samobójstwo w karierze, a ja pomyślałam: «O mój Boże, co ja robię?»” – powiedziała Pruett-Miller.

Nie wszyscy, którzy wędrują są zagubieni

Wszelkie pełzające wątpliwości, że Pruett-Miller wkrótce zniknęły, gdy wyruszyła w nową podróż, która pozwoliła jej rozwinąć inne umiejętności naukowe. „Umiem się komunikować, co doprowadziło mnie do objęcia stanowisk kierowniczych, których być może nie osiągnęłabym, gdybym poszła inną drogą” – powiedziała.

W 2008 roku przeniosła się do St. Louis, aby objąć stanowisko w firmie Sigma Aldrich jako starszy pracownik naukowy ds. badań i rozwoju w zespole badawczym ZFN. Zaczynała z jedną parą ZFN na studiach, teraz miała dostęp do dowolnego ZFN, jakiego chciała. „Udało nam się wykonać niektóre z pionierskich prac w terenie” – powiedział Pruett-Miller. „Mieliśmy kluczyki do samochodu i mogliśmy zacząć jechać do przodu”.

Uwielbiała pracować nad najnowocześniejszą technologią edycji genów, ale po dwóch i pół roku na tym stanowisku pojawiła się kolejna wyjątkowa szansa. Dołączyła do grupy zajmującej się edukacją klientów Sigmy, która zabrała ją dookoła świata, prowadząc trzydniowe warsztaty dotyczące technologii ZFN.

Zespoły marketingu i sprzedaży Sigmy zauważyły ​​jej umiejętności komunikacyjne i zaproponowały jej kolejne stanowisko jako naukowca ds. zastosowań terenowych. „Kiedy byłam na studiach, nigdy bym nie pomyślała, że ​​będę zajmować się sprzedażą” – powiedziała. Ale ta rola łączyła jej ulubione rzeczy: nauczanie, pomaganie naukowcom w planowaniu eksperymentów i rozwiązywaniu problemów, a także oczywiście edytowanie genomu.

Prawie pięć lat po dołączeniu do Sigmy Pruett-Miller zauważyła, że ​​krajobraz edycji genomu szybko ewoluuje, więc po raz kolejny podniosła żagle, aby wyruszyć w nową podróż.²

Praca miłości

Pruett-Miller nie podróżował daleko. Pojechała po drugiej stronie miasta na Uniwersytet Waszyngtoński w St. Louis, gdzie przedstawiła pomysł dotyczący wspólnego zasobu zapewniającego naukowcom usługi edycji genomu. Jeff Milbrandt, genetyk z Washington University w St. Louis, który wcześniej rozpoczął prace nad rdzeniem sekwencjonowania genomu, miał na celu podobne przedsięwzięcie w zakresie inżynierii genomu. Propozycja Pruetta-Millera pasowała.

Wiele instytucji posiadało podstawowe zaplecze do sekwencjonowania, ale walidacja wyników genetycznych była pracochłonna. Pruett-Miller zaproponował obiekt, który mógłby zapewnić naukowcom narzędzia potrzebne do solidnych badań funkcjonalnych. „Tak naprawdę nikt w środowisku akademickim nie zajmował się inżynierią linii komórkowych w ramach usługi, a wciąż jest bardzo niewiele grup, które się tym zajmują, ponieważ jest to — powiedziałbym — praca z miłości” – stwierdził Pruett-Miller.

Pierwszego dnia w pracy stanęła przed trudną rzeczywistością polegającą na zaczynaniu od zera. Znalazła się sama w pustym laboratorium, otoczonym płytami sufitowymi ułożonymi wysoko, gdzie znajdował się jej sprzęt laboratoryjny. Niezrażona wzięła się do pracy i wkrótce wszystko się ułożyło, a jej zespół się powiększył. Rozpoczęli współpracę z ZFN i nowicjuszami w dziedzinie edycji genów, nukleazami efektorowymi podobnymi do aktywatorów transkrypcji (TALEN), ale już po sześciu miesiącach na tym stanowisku na scenę wkroczył CRISPR-Cas9. ^6,7 Z podekscytowaniem poznawała tajniki tych nowych technologii i korzyści, jakie mogą one przynieść jej społeczności badawczej.

^{Są ludzie, którzy są w zasadzie wyleczeni z anemii sierpowatokrwinkowej dzięki edycji genomu i CRISPR-Cas9. Choroba sierpowatokrwinkowa to dopiero punkt wyjścia.
—Shondra Pruett-Miller, Dziecięcy Szpital Badawczy St. Jude}

„Shondra wykonała świetną robotę na etapie start-upu, podobnie jak w przypadku firm rozpoczynających działalność [where] masz lidera, który naprawdę go pasjonuje, który spędza na tym dużo czasu, który rozwija ludzi i doradza im, jak wykonywać ekscytującą pracę” – powiedział Milbrandt.

Uniwersytet Waszyngtoński w St. Louis nie był jedyną instytucją, która dostrzegła wartość wspólnych zasobów do edycji genów. W 2016 roku Szpital Dziecięcy St. Jude zaprosił Pruett-Miller do założenia podobnej placówki na swoim kampusie, ale była szczęśliwa i dumna z pracy, którą wykonywała na Washington University w St. Louis. Poza tym była w szóstym miesiącu ciąży z drugim dzieckiem. „Ale trudno jest przyjechać do kampusu St. Jude, zapoznać się z zasobami i misją St. Jude i nie zainspirować się tym, co tutaj robią” – powiedziała Pruett-Miller, która otrzymała list z ofertą dwa tygodnie po porodzie i przeprowadziła się z rodziną prawie 500 mil w dół rzeki Mississippi do Memphis w stanie Tennessee.

Trzymając się swojej misji przy łóżku pacjenta, jej czas jest obecnie podzielony między kierowanie Centrum Zaawansowanej Inżynierii Genomu, które świadczy usługi edycji genów badaczom ze Szpitala Dziecięcego St. Jude, a własnymi badaniami nad terapiami edycji genów w leczeniu anemii sierpowatokrwinkowej.^8,9 „Są ludzie, którzy są w zasadzie wyleczeni z anemii sierpowatokrwinkowej dzięki edycji genomu i CRISPR-Cas9” – stwierdziła Pruett-Miller. „Niedokrwistość sierpowatokrwinkowa to dopiero punkt wyjścia”.

Chociaż Pruett-Miller przeszła wiele ścieżek kariery, pozostała na dobrej drodze do osiągnięcia swoich celów naukowych: przeniesienia edycji genomu do zastosowań klinicznych i zwiększenia dostępności technologii dla społeczności naukowej. „Moja rola polega teraz na kształtowaniu kolejnego pokolenia liderów” – powiedziała Pruett-Miller.

Bibliografia

1. Porteus MH, Carroll D. Celowanie genowe za pomocą nukleaz palca cynkowego. Nat Biotechnologia. 2005;23(8):967-973.
2. Doudna JA, Charpentier E. Nowa granica inżynierii genomu dzięki CRISPR-Cas9. Nauka. 2014;346(6213):1258096.
3. Zou J. i in. Celowanie genowe w gen związany z chorobą w ludzkich indukowanych pluripotencjalnych i embrionalnych komórkach macierzystych. Komórka Komórka Macierzysta. 2009;5(1):97-110.
4. Yang S. i in. Skrócenie okresu półtrwania Cas9 utrzymuje jego zdolność do edycji genów i zmniejsza toksyczność neuronalną. Przedstawiciel komórkowy. 2018;25(10):2653-2659.
5. Pruett-Miller SM i in. Osłabienie toksyczności nukleazy palca cynkowego poprzez małocząsteczkową regulację poziomu białka. PLoS Genet. 2009;5(2):e1000376.
6. Miller JC i in. Architektura nukleazy TALE do wydajnej edycji genomu. Nat Biotechnologia. 2011;29(2):142-148.
7. Jinek M. i in. Programowalna endonukleaza DNA kierowana podwójnym RNA w adaptacyjnej odporności bakteryjnej. Nauka. 2012;337(6096):816-821.
8. Newby GA i in. Podstawowa edycja hematopoetycznych komórek macierzystych ratuje anemię sierpowatokrwinkową u myszy. Natura. 2021;595(7866):395-302.
9. Mayuranathan T. i in. Silna i jednolita indukcja hemoglobiny płodowej poprzez edycję bazy. Nat Genet. 2023;55(7):1210-1220.