Continua curiosità, instancabile capacità immaginativa, determinazione e una grande bagaglio di fortuna: è bingo per il Nobel. Queste tre qualità contribuiscono a raggiungere il traguardo scientifico e professionale di Jennifer Doudna; a lei è stato attribuito lo scorso 7 ottobre, insieme alla ricercatrice Emmanuelle Charpentier, il Premio Nobel per la Chimica 2020.
Biografia
Jennifer Doudna (Fig.1) nasce a Washington DC nel 1964. A sette anni, insieme alla sua famiglia, si trasferisce a Hilo, una città nell’Isola di Hawaii. Qui il padre diventa un professore di letteratura inglese presso l’Università delle Hawaii e la madre una professoressa di storia in un istituto locale.
Un’infanzia stimolante per la scienza
L’infanzia e l’adolescenza di Doudna sono segnate da ecosistemi meravigliosi, caratterizzati da una ricchezza naturalistica e biologica, tali da stimolare la sua curiosità e immaginazione nei confronti delle scienze. Gli incontri personali motivanti per la futura carriera di Doudna non tardano ad arrivare. Grazie ad un’esperienza di ricerca presso il laboratorio del biologo Don Hermes, nell’Università delle Hawaii, Doudna ebbe il suo primo richiamo della scienza.
Alla sola età di 12 anni, la lettura del libro sulla scoperta della doppia elica del DNA di Jameson Watson e una lezione da parte di una scienziata del Honolulu Cancer Center furono le principali esperienze ispiratrici per la scelta di un percorso di studi che le permettesse di esplorare i misteri della vita.
Nel 1985 Doudna si laureò in chimica presso il Pomona College a Claremont, in California. Diversi furono i professori che in questo periodo si convertirono in mentori della sua carriera scientifica. Uno tra questi fu Sharon Panasenko, il cui ricordo di Doudna è associato alla sua determinazione scientifica in un mondo ancora dominato dal “sesso forte”.
Una carriera lungimirante
Nel 1989 Doudna ottiene un dottorato in biochimica presso l’ Harvard University, con la supervisione di Jack Szostack, un genetista che ottenne il Premio Nobel per la Medicina nel 2009, grazie alla scoperta del ruolo protettore dell’enzima telomerasi nell’accorciamento dei telomeri. Durante questo periodo, l’interesse scientifico di Doudna è rivolto ai ribozimi, particolari enzimi a RNA, in grado di catalizzare reazioni proteiche.
L’avvicinamento di Doudna a quest’area di ricerca, ancora abbastanza nuova e d’élite, le permette da un lato di conoscere dei grandi della rivoluzione scientifica e, dall’altro, di avere campo aperto alla sperimentazione in quest’ambito.
Infatti, non tarda ad arrivare il suo primo riconoscimento scientifico: la caratterizzazione della struttura cristallografica del dominio catalitico P4-P6 degli introni di gruppo I di Tetrahymena thermophila. Nel 1998, con lo stesso gruppo di ricerca, Doudna contribuì alla prima risoluzione cristallografica del’RNA virale del virus delta dell’epatite B (HDV). Una scoperta fondamentale per la comprensione del meccanismo di patogenesi delle malattie virali.
Doudna lasciò il laboratorio di Cech nel1994 e divenne professoressa associata nella University of Yale. Nel 2002, Doudna si trasferisce a Berkley, in California, dove diventa Professoressa di Biochimica e Biologia molecolare presso la University of California.
Da una ricerca su Google al Premio Nobel
Nel 2009, Doudna comincia a dedicarsi interamente allo studio del sistema CRISPR. Ad esso venne introdotta dalla geo-microbiologa Jillian Benfield, il cui ambito di ricerca consisteva nello studio metagenomico delle comunità microbiotiche degli “incoltivabili”.
Benfield e il suo gruppo di ricercatori notarono l’abbondanza di sequenze CRISPR specifiche e differenti nei genomi della maggior parte dei batteri. La variabilità delle sequenze CRISPR indicava una rapida evoluzione di questo meccanismo di difesa immunitario nei batteri, il cui funzionamento si avvicinava molto a quello dell’ RNA interference (in inglese interferenza all’RNA).
In quel periodo, Doudna era la numero uno nello studio di questo meccanismo intrinseco di silenziamento genico; quindi fu effettivamente la prima ad apparire in una rapida ricerca su Google da parte di Benfield. Da un semplice clic possono derivare connessioni fondamentali e così è stato per Doudna. A partire da una chiacchierata tra ricercatrici, apparentemente interessate in ambiti molto diversi, derivarono anni di ricerca e studio del sistema CRISPR-Cas fino alla famosa pubblicazione su Science con la scienziata Emmanuelle Charpentier e collaboratori.
L’utilizzo di CRISPR-Cas9 come strumento di modificazione genica diretta e specifica diventa reale. Secondo le parole del Premio Nobel della Medicina del 2006, Craig Mello: “Questa scoperta è un sogno fatto realtà, una scoperta che supera uno dei nostri maggiori ostacoli: ci permette di alterare i geni senza sforzo, quasi a volontà “.
Nonostante la battaglia persa di Doudna e della University of Claifornia nell’ottenere il brevetto per il sistema CRISPR, lo scorso 7 Ottobre 2020 arriva il Premio Nobel per la Chimica, condiviso con Emmanuelle Charpentier.
Progetti recenti
Doudna fondò nel 2017 il Mammoth Biosciences, una start up californiana basata sull’ingegneria genetica. Il principale obbiettivo di quest’ultima è quello di vendere test biologici altamente sensibili da utilizzare in diversi campi, dalla salute, all’agricoltura, fino al monitoraggio ambientale.
Recentemente, in occasione della pandemia del COVID-19, Doudna dirige l’istituto Innovative Genomics Institute (IGI) centro di riferimento per la diagnosi del COVID-19.
Focus: il sistema CRISPR-Cas9
Il sistema CRISPR, come modello di difesa batterica contro virus invasori era stato già precedentemente scoperto da Francisco Mojica, ma l’intuito di Doudna permise di andare oltre.
Nel 2011, durante una conferenza scientifica a Puerto Rico, Doudna conosce la ricercatrice francese Emmanuelle Charpentier e rimane affascinata dalla sua presentazione: un sistema CRISPR molto efficace in un ceppo patogeno di Streptococcus termophilus.
Quest’ultimo era caratterizzato dalla presenza di una proteina attiva, la Cas9, capace di tagliare in maniera molto efficiente sequenze virali nemiche. Da quel momento nasce, per le due scienziate, una collaborazione internazionale fortunata. Essa, grazie al lavoro di due giovani ricercatori provenienti da entrambi i laboratori, Martin Jinek e Krzysztof Chylinski, portò a caratterizzare la proteina Cas9.
La proteina Cas9 si presentava come un’elegante struttura proteica caratterizzata da un corto segmento di RNA sensore, in grado di guidare la proteina su una sequenza di DNA complementare del virus invasore. Una volta attaccata la sequenza bersaglio, la proteina avrebbe tagliato il doppio filamento di DNA corrispondente.
La possibilità di riprogrammare e migliorare la proteina Cas9 permise di generare delle versioni migliorate del sistema CRISPR-Cas9, in grado di modificare il DNA in maniera specifica grazie alla possibilità di introdurre un segmento di RNA “guida” specifico (Fig.2).
Contributo scientifico
Il principale contributo scientifico, ad oggi, di Jennifer Doudna è rappresentato dall’applicazione del sistema CRISPR-Cas9 come strumento di modificazione genica. Tale sistema risultò di gran lunga più efficace e selettivo rispetto ad altri sistemi (come il TALENs o lo ZFNs).
Premi e riconoscimenti
Nel 2015 Doudna ricevette, insieme a Emmanuelle Charpentier, il Breakthrough Prize in Life Sciences per il loro contributo nella tecnologia di genome editing basata sul sistema CRISPR/Cas9. Sempre per questo sistema, ricevettero anche il Canada Gairdner International Award.
Oltre a numerosi premi per la biochimica ricevuti da diversi paesi, Doudna riceve nel 2020 il più celebre tra tutti: il Premio Nobel per la Chimica.
Inoltre, Doudna è stata eletta alla National Academy of Sciences nel 2002, all’American Academy of Arts and Sciences nel 2003, alla National Academy of Medicine nel 2010 e alla National Academy of Inventors nel 2014. È stata eletta membro straniero della Royal Society (ForMemRS) nel 2016. Nel 2017, ha ricevuto il Golden Plate Award dell’American Academy of Achievement. Nel 2020 le è stata conferita una Guggenheim Fellowship.
Serena Galiè
Fonti
- https://alumni.berkeley.edu/california-magazine/winter-2014-gender-assumptions/cracking-code-jennifer-doudna-and-her-amazing
- https://vcresearch.berkeley.edu/news/jill-banfield-how-curious-google-search-led-me-jennifer-doudna
- https://vcresearch.berkeley.edu/faculty/jennifer-doudna
- https://www.whatisbiotechnology.org/index.php/people/summary/Doudna
