Jennifer Doudna

1.1. Kehidupan Awal dan Latar Belakang

Jennifer Doudna dilahirkan pada 19 Februari 1964, di Washington, D.C.. Beliau merupakan anak perempuan kepada Dorothy Jane (Williams) dan Martin Kirk Doudna. Bapanya memperoleh ijazah PhD dalam kesusasteraan Inggeris dari Universiti Michigan, manakala ibunya memegang ijazah sarjana dalam pendidikan.

Ketika Doudna berusia tujuh tahun, keluarganya berpindah ke Hawaii apabila bapanya menerima jawatan mengajar dalam kesusasteraan Amerika di Universiti Hawaii di Hilo. Di Hawaii, ibunya memperoleh ijazah sarjana kedua dalam sejarah Asia dari universiti yang sama dan mengajar sejarah di kolej komuniti tempatan.

Membesar di Hilo, Hawaii, Doudna terpesona dengan keindahan alam sekitar pulau itu serta flora dan faunanya. Alam semula jadi telah membentuk rasa ingin tahunya dan keinginannya untuk memahami mekanisme biologi asas kehidupan. Ini digabungkan dengan suasana pencarian intelektual yang digalakkan oleh ibu bapanya di rumah. Bapanya gemar membaca tentang sains dan memenuhi rumah dengan banyak buku sains popular. Ketika Doudna berada di darjah enam, bapanya memberikannya salinan buku James Watson pada tahun 1968 mengenai penemuan struktur DNA, The Double Helix, yang menjadi inspirasi utama baginya.

Doudna juga mengembangkan minatnya dalam sains dan matematik di sekolah. Walaupun beliau pernah diberitahu bahawa "Wanita tidak menceburi bidang sains," beliau tahu bahawa beliau ingin menjadi saintis walau apa pun yang berlaku. Doudna menyatakan, "Apabila seseorang memberitahu saya bahawa saya tidak boleh melakukan sesuatu dan saya tahu saya boleh, ia hanya membuat saya lebih bertekad untuk melakukannya." Semasa beliau bersekolah di Hilo High School, minat Doudna dalam sains dipupuk oleh guru kimianya di tingkatan 10, Jeanette Wong, yang sering disebutnya sebagai pengaruh penting dalam mencetuskan rasa ingin tahu saintifiknya. Seorang pensyarah jemputan mengenai sel kanser turut menggalakkan beliau untuk memilih sains sebagai pilihan kerjaya. Beliau menghabiskan musim panas bekerja di makmal mikologi terkenal Don Hemmes di Universiti Hawaii di Hilo dan menamatkan pengajian dari Hilo High School pada tahun 1981.

1.2. Pendidikan

Doudna melanjutkan pengajian sarjana di Pomona College di Claremont, California, di mana beliau mempelajari biokimia. Semasa tahun pertama, beliau mempersoalkan keupayaannya untuk meneruskan kerjaya dalam sains dan mempertimbangkan untuk menukar jurusan kepada bahasa Perancis pada tahun kedua. Namun, guru bahasa Perancisnya menasihatinya untuk kekal dalam bidang sains. Profesor kimia Fred Grieman dan Corwin Hansch di Pomona banyak mempengaruhi beliau. Beliau memulakan penyelidikan saintifik pertamanya di makmal profesor Sharon Panasenko. Beliau memperoleh ijazah Sarjana Muda Sastera dalam biokimia pada tahun 1985.

Beliau memilih Harvard Medical School untuk pengajian kedoktoran dan memperoleh ijazah PhD dalam Kimia Biologi dan Farmakologi Molekul pada tahun 1989. Disertasi PhD beliau adalah mengenai sistem yang meningkatkan kecekapan RNA pembiakan sendiri yang bermangkin, di bawah seliaan Jack W. Szostak.

2.1. Penyelidikan Struktur dan Fungsi Ribozim

Pada awal kerjaya saintifiknya, Doudna berusaha untuk mendedahkan struktur dan fungsi biologi enzim RNA atau ribozim. Semasa di makmal Szostak, Doudna telah merekayasa semula intron pemotongan sendiri Tetrahymena Kumpulan I menjadi ribozim bermangkin sejati yang menyalin templat RNA. Fokus beliau adalah pada rekayasa ribozim dan memahami mekanisme asasnya; walau bagaimanapun, beliau menyedari bahawa ketidakupayaan untuk melihat mekanisme molekul ribozim adalah masalah utama.

Doudna pergi ke makmal Thomas Cech di University of Colorado Boulder untuk mengkristalkan dan menentukan struktur tiga dimensi ribozim buat kali pertama, supaya struktur ribozim dapat dibandingkan dengan enzim, iaitu protein bermangkin. Beliau memulakan projek ini di makmal Cech pada tahun 1991 dan menyelesaikannya di Universiti Yale pada tahun 1996. Doudna menyertai Jabatan Biofizik Molekul dan Biokimia Yale sebagai penolong profesor pada tahun 1994.

Di Yale, kumpulan Doudna berjaya mengkristalkan dan menyelesaikan struktur tiga dimensi teras bermangkin ribozim Kumpulan I Tetrahymena. Mereka menunjukkan bahawa teras lima ion magnesium berkumpul di satu kawasan domain P4-P6 ribozim, membentuk teras hidrofobik di sekelilingnya struktur lain boleh melipat. Ini adalah analog tetapi berbeza secara kimia daripada cara protein biasanya mempunyai teras asid amino hidrofobik. Kumpulan beliau telah mengkristalkan ribozim lain, termasuk ribozim Virus Hepatitis Delta. Kerja awal ini untuk menyelesaikan struktur RNA yang besar membawa kepada kajian struktur lanjut mengenai tapak kemasukan ribosom dalaman (IRES) dan kompleks protein-RNA seperti zarah pengecaman isyarat.

Doudna dinaikkan pangkat ke jawatan Profesor Henry Ford II dalam Biofizik Molekul dan Biokimia di Yale pada tahun 2000. Pada tahun 2000-2001, beliau merupakan Profesor Pelawat Kimia Robert Burns Woodward di Harvard University.

2.2. Pembangunan Teknologi Penyuntingan Genom CRISPR-Cas9

Pada tahun 2002, Doudna menyertai suaminya, Jamie Cate, di Universiti California, Berkeley, menerima jawatan sebagai profesor biokimia dan biologi molekul. Doudna juga mendapat akses kepada sinkrotron di Lawrence Berkeley National Laboratory untuk eksperimennya dengan pembelauan sinar-X berkuasa tinggi.

Pada tahun 2009, beliau mengambil cuti dari Berkeley untuk bekerja di Genentech bagi mengetuai penyelidikan penemuan. Beliau meninggalkan Genentech selepas dua bulan dan kembali ke Berkeley dengan bantuan rakan sekerja Michael Marletta, membatalkan semua obligasinya untuk mengkaji CRISPR.

Doudna diperkenalkan kepada CRISPR oleh Jillian Banfield pada tahun 2006, yang menemui Doudna melalui carian Google, menaip "RNAi dan UC Berkeley" ke dalam pelayannya, dan nama Doudna muncul di bahagian atas senarai. Pada tahun 2012, Doudna dan rakan-rakannya membuat penemuan baharu yang mengurangkan masa dan kerja yang diperlukan untuk menyunting DNA genomik. Penemuan mereka bergantung pada protein bernama Cas9 yang ditemui dalam sistem imun bakteria "CRISPR" Streptococcus yang bekerjasama dengan RNA panduan dan berfungsi seperti gunting. Protein ini menyerang mangsanya, DNA virus, dan memotongnya, menghalangnya daripada menjangkiti bakteria.

Sistem ini pertama kali ditemui oleh Yoshizumi Ishino dan rakan-rakan pada tahun 1987 dan kemudian dicirikan oleh Francisco Mojica, tetapi Doudna dan Emmanuelle Charpentier menunjukkan buat kali pertama bahawa mereka boleh menggunakan RNA yang berbeza untuk memprogramkannya untuk memotong dan menyunting DNA yang berbeza.

Sistem CRISPR mencipta cara baharu yang mudah untuk menyunting DNA dan terdapat perebutan untuk mempatenkan teknik tersebut. Doudna dan rakan-rakan UC Berkeley memohon paten dan begitu juga kumpulan di Broad Institute yang bergabung dengan Massachusetts Institute of Technology dan Harvard. Feng Zhang di Broad Institute telah menunjukkan bahawa CRISPR-Cas9 boleh menyunting gen dalam sel manusia yang dikultur beberapa bulan selepas Doudna dan Charpentier menerbitkan kaedah mereka. Sebelum permohonan paten UC Berkeley diputuskan, paten telah diberikan kepada penyiasat Broad dan UC Berkeley memfailkan tuntutan mahkamah terhadap keputusan tersebut. Pada tahun 2017, mahkamah memutuskan memihak kepada Broad Institute, yang mendakwa bahawa mereka telah memulakan penyelidikan paling awal dan telah mengaplikasikannya pertama kali kepada kejuruteraan sel manusia, dengan bukti yang menyokong penyuntingan dalam sel manusia, tetapi kumpulan UC Berkeley hanya mencadangkan aplikasi ini. UC Berkeley merayu atas alasan bahawa mereka telah membincangkan dan menjelaskan dengan jelas bagaimana untuk melakukan aplikasi yang telah dikejar oleh Broad. Pada September 2018, mahkamah rayuan memutuskan memihak kepada paten Broad Institute. Sementara itu, paten UC Berkeley dan pemohon bersama untuk meliputi teknik umum juga telah diberikan. Di Eropah, tuntutan Broad Institute, untuk memulakan penyelidikan terlebih dahulu, telah ditolak. Penolakan itu disebabkan oleh kecacatan prosedur dalam permohonan yang melibatkan set kakitangan yang berbeza yang disenaraikan dalam tuntutan mahkamah dan permohonan paten, menyebabkan spekulasi bahawa kumpulan UC Berkeley akan berjaya di Eropah.

2.3. Penyelidikan dan Kepimpinan di UC Berkeley

Setakat tahun 2023, Doudna berpusat di Universiti California, Berkeley, di mana beliau mengarahkan Innovative Genomics Institute (IGI), sebuah kerjasama antara Berkeley dan Universiti California, San Francisco (UCSF) yang diasaskan oleh Doudna untuk membangunkan teknologi penyuntingan genom dan mengaplikasikannya kepada beberapa masalah terbesar masyarakat dalam kesihatan manusia, pertanian, dan perubahan iklim. Doudna memegang Jawatan Profesor Canselor Li Ka Shing dalam Bioperubatan dan Kesihatan, dan merupakan pengerusi Jawatankuasa Penasihat Canselor mengenai Biologi. Makmal beliau kini menumpukan pada struktur dan fungsi sistem CRISPR-Cas, membangunkan teknologi penyuntingan genom baharu dan mekanisme penghantaran untuk terapi CRISPR, serta teknik novel untuk menyunting mikrobiom dengan tepat.

2.4. Penubuhan Syarikat dan Pengkomersialan Teknologi

Doudna mengasaskan bersama Caribou Biosciences, sebuah syarikat untuk mengkomersialkan teknologi CRISPR, pada tahun 2011. Pada September 2013, Doudna mengasaskan bersama Editas Medicine dengan Zhang dan lain-lain walaupun terdapat pertempuran undang-undang, tetapi beliau berhenti pada Jun 2014; Charpentier kemudian menjemputnya untuk menyertai CRISPR Therapeutics, tetapi beliau menolak berikutan pengalaman seperti "perceraian" di Editas. Doudna juga merupakan pengasas bersama spin-off Caribou, Intellia Therapeutics dan Scribe Therapeutics, yang mempelopori CasX, Cas9 generasi seterusnya yang lebih padat yang boleh memotong DNA dengan cekap.

Pada tahun 2017, Doudna mengasaskan bersama Mammoth Biosciences, sebuah syarikat permulaan teknologi kejuruteraan bio yang berpangkalan di San Francisco. Pembiayaan awal mengumpul 23.00 M USD, dengan pusingan pembiayaan Siri B pada tahun 2020 mengumpul 45.00 M USD. Perniagaan ini memberi tumpuan kepada meningkatkan akses kepada ujian biosensori yang menangani "cabaran merentasi penjagaan kesihatan, pertanian, pemantauan alam sekitar, biopertahanan, dan banyak lagi."

2.5. Tindak Balas terhadap Pandemik COVID-19

Bermula pada Mac 2020, Doudna menganjurkan usaha untuk menggunakan teknologi berasaskan CRISPR untuk menangani pandemik COVID-19 bersama Dave Savage, Robert Tjian, dan rakan-rakan lain di Innovative Genomics Institute (IGI), di mana mereka mencipta pusat ujian. Pusat ini memproses lebih 500,000 sampel pesakit daripada pelajar, kakitangan dan fakulti UC Berkeley serta ahli komuniti sekitar dan pekerja ladang di kawasan Salinas. Mammoth Biosciences mengumumkan pengesahan semakan rakan sebaya bagi diagnostik COVID-19 berasaskan CRISPR yang pantas, yang lebih cepat dan kurang mahal daripada ujian berasaskan qRT-PCR.

2.6. Aktiviti Lain

Beliau juga merupakan pengasas dan pengerusi lembaga tadbir Innovative Genomics Institute, yang diasaskan bersama pada tahun 2014. Doudna juga merupakan saintis fakulti di Lawrence Berkeley National Laboratory, penyiasat kanan di Gladstone Institutes, dan profesor adjung farmakologi selular dan molekul di Universiti California, San Francisco (UCSF).

Doudna berada di lembaga penasihat saintifik syarikat-syarikat yang diasaskan bersamanya, seperti Caribou, Intellia, Mammoth, dan Scribe; serta syarikat lain seperti Altos Labs, Isomorphic Labs, Johnson & Johnson, Synthego, Tempus AI, dan Welch Foundation. Beliau menyertai Sixth Street Partners pada tahun 2022 sebagai ketua penasihat sains mereka, untuk membimbing keputusan pelaburan berkaitan CRISPR.