для одаренных детей из средних школ Де-Мойна, в рамках которой по субботам проводились дополнительные занятия по молекулярной биологии [161]. “До тех пор я мало знал о биологии и не проявлял к ней интереса, потому что в седьмом классе нам просто выдавали поднос с лягушкой и говорили вскрывать ее и искать сердце, – вспоминает он. – Нужно было только все хорошо запоминать, никаких сложных задач перед нами не ставили”. На субботних занятиях рассказывали, что такое ДНК и как РНК выполняет ее инструкции, и уделяли особое внимание тому, какую роль в этом процессе играют ферменты, то есть белковые молекулы, выступающие катализаторами реакций в клетке. “Мой учитель любил ферменты, – говорит Чжан. – Он говорил мне, что всякий раз, когда в биологии возникает сложный вопрос, нужно отвечать: «Ферменты». Таков правильный ответ на большинство вопросов в биологии”.
На занятиях ученики проводили массу экспериментов, в том числе трансформируя бактерии, чтобы сделать их устойчивыми к антибиотикам. Они также смотрели вышедший в 1993 году фильм “Парк юрского периода”, в котором ученые оживляют динозавров, совмещая их ДНК с ДНК лягушек. “Я пришел в восторг, поняв, что животные могут быть программируемой системой, – рассказывает Чжан. – Это значило, что человеческий генетический код тоже мог быть программируемым”. И это было интереснее, чем Linux.
Чжан, мечтавший получать знания и делать открытия, на собственном примере показал, как с помощью программ для одаренных детей американский школьник может стать ученым мирового класса. В 1993 году Министерство образования США опубликовало исследование “О развитии американских талантов”, которое стимулировало финансирование местных школьных округов, “чтобы лучшие учащиеся ставили перед собой более амбициозные цели”. Тогда, несмотря на необходимость расходования налоговых средств, весьма серьезно подходили к созданию образовательной системы мирового уровня, которая позволит Америке оставаться мировым лидером в сфере инноваций. В частности, в Де-Мойне реализовывалась программа STING (“Исследования в сфере науки и технологий: новое поколение”), в рамках которой небольшая группа талантливых и целеустремленных учеников трудилась над собственными проектами и работала в местных больницах и исследовательских центрах.
Учитель, с которым Чжан занимался по субботам, помог ему пройти отбор, и Чжан стал в свободное время посещать лабораторию генетики в Методистской больнице Де-Мойна. Поскольку он был школьником, он работал под началом требовательного, но очень обаятельного специалиста по молекулярной биологии Джона Леви, который каждый день за чаем объяснял, что именно он делает, и доверял Чжану все более сложные эксперименты. Иногда Чжан приходил в лабораторию сразу после школы и работал до восьми вечера. “Моя милая мама каждый день приезжала за мной и ждала на парковке, пока я не закончу”, – говорит он.
Его первый крупный эксперимент был связан с фундаментальным инструментом молекулярной биологии – геном медузы, производящим зеленый флуоресцентный белок (ЗФБ), который светится в ультрафиолетовом свете и потому может быть использован в качестве маркера в экспериментах с клетками. Сначала Леви удостоверился, что Чжан понимает его базовое назначение в природе. Потягивая чай, он рисовал на бумаге схему и объяснял, зачем медузам флуоресцентный белок при перемещении между верхними и нижними слоями океана на разных этапах жизненного цикла. “Он нарисовал все так, что можно было представить и медуз, и океан, и чудеса природы”.
“[Леви] держал меня за руку, пока я проводил свой первый эксперимент, – вспоминает Чжан. – Я должен был поместить ген зеленого флуоресцентного белка в человеческие клетки меланомы (рака кожи)”. Это был простой, но интересный пример генной инженерии: Чжан внедрил ген одного организма (медузы) в клетки другого (человека) и увидел, что справился с задачей, когда измененные клетки стали источать синевато-зеленое свечение. “Я так обрадовался, что закричал: «Они светятся!»” Он трансформировал человеческий ген.
Следующие несколько месяцев Чжан изучал, может ли зеленый флуоресцентный белок, поглощающий ультрафиолет при свечении, защищать ДНК человеческих клеток от повреждения под воздействием ультрафиолета. Система работала. “Я использовал ЗФБ медузы в качестве защиты от солнца, чтобы оградить ДНК человека от повреждения под воздействием ультрафиолетового излучения”, – говорит он.
В рамках второго научного проекта под руководством Леви он разобрал вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий СПИД, и изучил, как работает каждый из его компонентов. Отчасти задача программ дополнительного образования в Де-Мойне состояла в том, чтобы помогать школьникам с проектами для участия в национальном конкурсе Intel Science Search. Эксперимент Чжана с вирусом принес ему третье место в соревновании и солидный приз в 50 тысяч долларов. Он пустил деньги на оплату обучения в Гарварде, куда поступил в 2000 году.
Гарвард и Стэнфорд
Чжан учился в Гарварде в одно время с Марком Цукербергом, и интересно порассуждать, кто из них сильнее повлиял на мир. Этим вопросом заменяется другой, более серьезный ответ на который дадут историки будущего: какая из революций – в цифровой среде или в сфере наук о жизни – окажется более важной?
Изучая параллельно физику и химию, Чжан сначала занимался исследованиями со специалистом по кристаллографии Доном Уайли, который мастерски умел описывать структуру сложных молекул. “Я ничего не понимаю в биологии, пока не узнаю, как это выглядит”, – часто повторял он, и этот девиз подходит всем специалистам по структурной биологии, от Уотсона и Крика до Даудны. Однако, когда Чжан учился на втором курсе, одним ноябрьским вечером Уайли, приехавший на конференцию в Детскую больницу святого Иуды в Мемфис, пропал при невыясненных обстоятельствах, бросив арендованную машину на мосту. Его тело впоследствии нашли в реке.
В тот год Чжан также поддерживал близкого друга и однокурсника, который погружался в серьезную депрессию. Его друг сидел в их комнате и занимался, а затем вдруг на него обрушивался приступ тревоги или депрессии, из-за которого он не мог ни подняться, ни пошевелиться. “Я слышал о депрессии, но думал, что она сродни плохому дню, который нужно перетерпеть, – говорит Чжан. – В моей семье ошибочно считалось, что психическое заболевание – это просто недостаток сил”. Чжан сидел с другом и следил, чтобы тот не наложил на себя руки. (Друг взял академический отпуск и выздоровел.) Столкнувшись с такой проблемой, Чжан решил сосредоточиться на исследовании методов лечения психических расстройств.
Поступив в магистратуру Стэнфорда, он попросился в лабораторию Карла Дейссерота, психиатра и нейробиолога, который искал способы пролить свет на работу мозга и нервных клеток, называемых нейронами. В паре с другим студентом магистратуры Чжан стал пионером оптогенетики – методики, основанной на стимуляции нейронов мозга при помощи света. Она позволила исследователям изучить механику некоторых процессов в мозге и понять, как происходит их корректная и некорректная работа.
Чжан сосредоточился на внедрении светочувствительных белков в нейроны, что
