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Jennifer Doudna
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Jennifer Doudna

TORIma Académie — Biochimiste / CRISPR

Jennifer Doudna

Jennifer Doudna

Jennifer Anne Doudna (née le 19 février 1964) est une biochimiste américaine qui a été pionnière dans les travaux d'édition génétique CRISPR et a réalisé d'autres travaux fondamentaux…

Jennifer Anne Doudna (née le 19 février 1964) est une biochimiste américaine réputée pour ses contributions pionnières à l'édition génétique CRISPR et à d'autres avancées fondamentales en biochimie et en génétique. En 2020, elle a reçu conjointement le prix Nobel de chimie avec Emmanuelle Charpentier pour leurs travaux novateurs sur « le développement d'une méthode d'édition du génome ». Actuellement, elle est titulaire de la chaire Li Ka Shing Chancellor's Chair dans les départements de chimie et de biologie moléculaire et cellulaire de l'Université de Californie à Berkeley. Depuis 1997, elle est également chercheuse au Howard Hughes Medical Institute.

Jennifer Anne Doudna (née le 19 février 1964) est une biochimiste américaine qui a été pionnière dans les travaux d'édition de gènes CRISPR et a apporté d'autres contributions fondamentales à la biochimie et à la génétique. Elle a reçu le prix Nobel de chimie 2020, avec Emmanuelle Charpentier, "pour le développement d'une méthode d'édition du génome". Elle est professeur titulaire de la chaire Li Ka Shing Chancellor au département de chimie et au département de biologie moléculaire et cellulaire de l'Université de Californie à Berkeley. Elle est chercheuse au Howard Hughes Medical Institute depuis 1997.

En 2012, Doudna et Emmanuelle Charpentier ont présenté en collaboration le concept pionnier selon lequel CRISPR-Cas9, un système enzymatique bactérien régissant l'immunité microbienne, pourrait être exploité pour l'édition programmable du génome. Cette proposition a été largement reconnue comme l’une des découvertes les plus cruciales de l’histoire biologique. Par la suite, Doudna est devenue une figure prééminente de la « révolution CRISPR », se distinguant par ses recherches fondamentales et son leadership dans l'avancement des technologies d'édition du génome médiées par CRISPR.

Les nombreuses distinctions décernées à Doudna incluent le prix Alan T. Waterman 2000, récompensant ses recherches en cristallographie aux rayons X sur la structure des ribozymes, et le prix Breakthrough 2015 en sciences de la vie, partagé avec Charpentier, pour la technologie d'édition du génome CRISPR-Cas9. D'autres distinctions incluent la co-réception du prix Gruber de génétique (2015), du prix Tang (2016), du prix international Canada Gairdner (2016) et du prix Japon (2017). En 2015, elle a été reconnue parmi les 100 personnalités les plus influentes de Time et en 2023, elle a été intronisée au National Inventors Hall of Fame. Le prix Nobel de chimie 2020 a été décerné conjointement à Jennifer Doudna et Emmanuelle Charpentier pour leur développement de la technologie d'édition du génome CRISPR-Cas9, une percée qui a profondément révolutionné la biologie moléculaire et offre des promesses substantielles pour le traitement des maladies génétiques.

Petite enfance et parcours scolaire

Jennifer Doudna est née le 19 février 1964 à Washington, D.C., de Dorothy Jane (Williams) et Martin Kirk Doudna. Son père a obtenu un doctorat. en littérature anglaise de l'Université du Michigan, tandis que sa mère possédait une maîtrise en éducation. À l'âge de sept ans, la famille de Doudna a déménagé à Hawaï, où son père a assumé un rôle d'enseignant de littérature américaine à l'Université d'Hawaï à Hilo. Parallèlement, sa mère a obtenu une deuxième maîtrise en histoire asiatique dans la même université et a ensuite enseigné l'histoire dans un collège communautaire local.

Au cours de son éducation à Hilo, Hawaï, Doudna a développé une profonde fascination pour la flore et la faune locales. Son père, un fervent lecteur de littérature scientifique, entretenait à la maison une collection de livres de vulgarisation scientifique. En sixième année, il lui a présenté le travail fondateur de James Watson de 1968 sur la découverte de la structure de l'ADN, La double hélice, qui s'est avéré être une source d'inspiration importante. Parallèlement, Doudna a cultivé son intérêt pour les sciences et les mathématiques tout au long de sa scolarité.

Pendant son mandat au lycée Hilo, les inclinations scientifiques de Doudna ont été considérablement encouragées par son professeur de chimie de 10e année, Jeanette Wong, que Doudna a toujours reconnue comme une figure centrale qui a éveillé sa curiosité scientifique précoce. De plus, une conférencière invitée spécialisée dans les cellules cancéreuses l’a encore motivée à considérer la science comme une voie professionnelle. Elle a accepté un poste de recherche d'été dans le laboratoire du mycologue distingué Don Hemmes à l'Université d'Hawaï à Hilo, où elle a obtenu son diplôme du lycée de Hilo en 1981.

Doudna a poursuivi ses études de premier cycle en biochimie au Pomona College de Claremont, en Californie. Lors de sa première année, un cours de chimie générale l'amène à s'interroger sur ses aptitudes à une carrière scientifique, l'incitant à envisager un changement majeur en deuxième année vers le français. Néanmoins, son professeur de français lui conseille de persévérer dans les sciences. Les professeurs Fred Grieman et Corwin Hansch, tous deux chimistes à Pomona, ont exercé une influence considérable sur son parcours académique. Ses premières recherches scientifiques ont été menées dans le laboratoire du professeur Sharon Panasenko. Elle a obtenu son baccalauréat ès arts en biochimie en 1985. Par la suite, elle a entrepris des études doctorales à la Harvard Medical School, obtenant un doctorat. en chimie biologique et pharmacologie moléculaire en 1989. Son doctorat. La thèse, supervisée par Jack W. Szostak, portait sur un système conçu pour améliorer l'efficacité d'un ARN catalytique auto-réplicant.

Efforts de carrière et de recherche

Après avoir terminé ses études de doctorat, elle a entrepris des bourses de recherche en biologie moléculaire au Massachusetts General Hospital et en génétique à la Harvard Medical School. Entre 1991 et 1994, elle a été boursière postdoctorale Lucille P. Markey en sciences biomédicales à l'Université du Colorado à Boulder, en collaboration avec Thomas Cech. En 2025, l'indice h de Doudna s'élève à 166 selon Google Scholar et à 134 selon Scopus.

Enquête sur la structure et la fonction des ribozymes

Au cours de la phase initiale de sa carrière scientifique, Doudna a consacré ses efforts à élucider la structure et la fonction biologique des enzymes à ARN, appelées ribozymes. Alors qu'elle était affiliée au laboratoire Szostak, Doudna a réussi à repenser l'intron catalytique du groupe I auto-épissé Tetrahymena, le transformant en un véritable ribozyme catalytique capable de répliquer des modèles d'ARN. Bien que son objectif principal impliquait l’ingénierie des ribozymes et la compréhension de leurs mécanismes fondamentaux, elle a reconnu un obstacle important dans l’incapacité de visualiser directement ces processus moléculaires. Par conséquent, Doudna a rejoint le laboratoire de Thomas Cech à l'Université du Colorado Boulder avec l'objectif de cristalliser et, pour la première fois, de déterminer la structure tridimensionnelle d'un ribozyme, permettant ainsi une analyse comparative avec les structures d'enzymes à base de protéines. Ce projet a débuté au laboratoire Cech en 1991 et s'est terminé à l'Université de Yale en 1996. En 1994, Doudna a commencé son mandat à l'Université de Yale en tant que professeur adjoint au sein du Département de biophysique moléculaire et de biochimie.

Analyse par diffraction des rayons X de la structure du site actif du ribozyme à Yale

À Yale, le groupe de recherche de Doudna a réussi à cristalliser et à élucider la structure tridimensionnelle du noyau catalytique du ribozyme Tetrahymena du groupe I. Leurs découvertes ont révélé un groupe de cinq ions magnésium dans une région spécifique du domaine P4-P6 du ribozyme, établissant un noyau hydrophobe facilitant le repliement de la structure restante. Cet arrangement structurel présente une analogie, mais aussi une distinction chimique, avec le noyau d'acides aminés hydrophobes typique trouvé dans les protéines. Par la suite, son groupe a également réalisé la cristallisation d’autres ribozymes, notamment le ribozyme du virus de l’hépatite Delta. Cette recherche fondamentale sur la résolution de grandes structures d'ARN a ensuite ouvert la voie à des investigations structurelles supplémentaires sur des éléments tels qu'un site d'entrée interne du ribosome (IRES) et divers complexes protéine-ARN, y compris la particule de reconnaissance de signal.

En 2000, Doudna a reçu une promotion au poste estimé de professeur Henry Ford II de biophysique moléculaire et de biochimie à Yale. Au cours des années universitaires 2000-2001, elle a été simultanément professeure invitée de chimie Robert Burns Woodward à l'Université Harvard.

Transition vers Berkeley

En 2002, elle a déménagé à Berkeley pour rejoindre son mari, Jamie Cate, et a accepté une chaire de biochimie et de biologie moléculaire. Cette décision a également permis à Doudna d'accéder au synchrotron du Lawrence Berkeley National Laboratory, facilitant ainsi ses expériences impliquant la diffraction des rayons X à haute puissance.

En 2009, elle a pris un congé de Berkeley pour assumer un rôle de leadership dans la recherche de découverte chez Genentech. Cependant, après un mandat de deux mois, elle a quitté Genentech et est retournée à Berkeley, aidée par son collègue Michael Marletta, et a ensuite annulé tous les autres engagements pour se concentrer sur la recherche CRISPR.

Depuis 2023, Doudna était affiliée à l'Université de Californie à Berkeley, où elle est directrice de l'Innovative Genomics Institute. Cet institut, une collaboration entre Berkeley et l'UCSF, a été créé par Doudna dans le but de développer une technologie d'édition du génome et de l'appliquer pour relever les défis sociétaux critiques en matière de santé humaine, d'agriculture et de changement climatique. Elle est titulaire de la chaire distinguée du chancelier Li Ka Shing en biomédecine et santé et préside le comité consultatif du chancelier en biologie. Actuellement, les efforts de recherche de son laboratoire se concentrent sur les aspects structurels et fonctionnels des systèmes CRISPR-Cas, le développement de nouvelles technologies d'édition du génome et de mécanismes d'administration pour les thérapies CRISPR, ainsi que des techniques innovantes pour une édition précise du microbiome.

Découverte de l'édition du génome CRISPR-Cas9

En 2006, Jillian Banfield a présenté Doudna à CRISPR, après l'avoir localisée grâce à une recherche Google sur « RNAi et UC Berkeley », qui affichait bien en évidence le nom de Doudna. Par la suite, en 2012, Doudna et son équipe de recherche ont réalisé une percée qui a considérablement rationalisé le processus d’édition de l’ADN génomique. Cette innovation est centrée sur la protéine Cas9, partie intégrante du système immunitaire bactérien Streptocoque "CRISPR", qui fonctionne comme un ciseau moléculaire en conjonction avec l'ARN guide. Cas9 cible et clive l'ADN viral, inhibant ainsi l'infection virale de la bactérie. Alors que Yoshizumi Ishino et ses collaborateurs ont initialement identifié ce système en 1987, et que Francisco Mojica l'a ensuite caractérisé, Doudna et Emmanuelle Charpentier ont été les premiers à démontrer sa programmabilité en utilisant divers ARN pour une découpe et une édition précises de l'ADN.

Avec l'application croissante de CRISPR dans l'édition d'organismes multicellulaires, Doudna a toujours été reconnue comme une voix éminente concernant les implications éthiques de la modification des fonctions de l'organisme grâce à la technologie CRISPR. De nombreux groupes de recherche ont par la suite fait progresser cette découverte, conduisant à diverses applications couvrant la biologie cellulaire fondamentale, les études végétales et animales et les interventions thérapeutiques pour des maladies telles que l'anémie falciforme, la mucoviscidose, la maladie de Huntington et le VIH. Doudna, aux côtés d'autres biologistes éminents, a plaidé pour un moratoire mondial sur la mise en œuvre clinique de l'édition génétique basée sur CRISPR. Elle soutient l'application de CRISPR pour l'édition de gènes somatiques, qui implique des modifications génétiques non héritées par les générations suivantes, mais s'oppose à son utilisation dans l'édition de gènes germinaux.

L'avènement du système CRISPR, offrant une méthode nouvelle et directe d'édition de l'ADN, a précipité une demande rapide de protection par brevet pour cette technique. L'équipe de Doudna de l'UC Berkeley et un groupe de recherche du Broad Institute, associé au Massachusetts Institute of Technology et à Harvard, ont déposé des demandes de brevet. Notamment, Feng Zhang du Broad Institute a démontré l'efficacité de CRISPR-Cas9 dans l'édition de gènes dans des cellules humaines en culture quelques mois seulement après la publication de leur méthodologie par Doudna et Charpentier. Avant la résolution de la demande de brevet de l'UC Berkeley, un brevet a été accordé aux enquêteurs du Broad Institute, ce qui a incité l'UC Berkeley à engager une action en justice pour contester cette décision. En 2017, le tribunal s'est prononcé en faveur du Broad Institute, qui a affirmé avoir lancé la recherche au préalable et démontré la première application de la technologie à l'ingénierie cellulaire humaine, fournissant un soutien empirique à l'édition de cellules humaines, alors que le groupe de l'UC Berkeley n'avait proposé que cette application. L'UC Berkeley a ensuite fait appel, affirmant que leurs divulgations initiales détaillaient explicitement la méthodologie de l'application poursuivie plus tard par le Broad Institute. La cour d'appel a confirmé le brevet du Broad Institute en septembre 2018. Parallèlement, un brevet couvrant la technique générale CRISPR a également été accordé à l'UC Berkeley et à ses co-candidats. Pour compliquer encore davantage le paysage des brevets, l'affirmation du Broad Institute selon laquelle la recherche était prioritaire a été rejetée en Europe. Ce rejet découle d'une irrégularité de procédure concernant des divergences dans le personnel répertorié dans le procès et la demande de brevet, favorisant la spéculation selon laquelle le groupe UC Berkeley pourrait finalement réussir en Europe. En 2011, Doudna a cofondé Caribou Biosciences, une société créée pour commercialiser la technologie CRISPR. Malgré des litiges juridiques en cours, Doudna a cofondé Editas Medicine avec Zhang et d'autres collaborateurs en septembre 2013, bien qu'elle soit partie en juin 2014 ; Charpentier lui a ensuite lancé une invitation à rejoindre CRISPR Therapeutics, ce que Doudna a refusé, invoquant son expérience difficile chez Editas. De plus, Doudna est co-fondateur d'Intellia Therapeutics, une spin-off de Caribou, et de Scribe Therapeutics, qui a développé CasX, une variante Cas9 plus compacte et avancée capable de cliver efficacement l'ADN.

En 2017, Doudna a co-écrit Une fissure dans la création : l'édition génétique et le pouvoir impensable de contrôler l'évolution avec Samuel H. Sternberg. Cette publication représente un exemple notable de récit à la première personne détaillant une avancée scientifique significative, spécialement conçu pour un grand public.

Au-delà de ses contributions à la percée CRISPR, Doudna a identifié un mécanisme non conventionnel utilisé par le virus de l'hépatite C pour synthétiser des protéines virales. Cette recherche recèle un potentiel pour le développement de nouvelles thérapies antivirales capables d'inhiber les infections sans induire de lésions tissulaires.

Doudna a exprimé un optimisme considérable quant au potentiel de CRISPR à lutter contre les maladies génétiques non traitées et à améliorer l'agriculture durable, tout en exprimant simultanément sa crainte que les avantages de la technologie pourraient ne pas s'étendre aux populations les plus vulnérables sans un développement prudent et délibéré.

Biosciences mammouth

En 2017, Doudna a co-fondé Mammoth Biosciences, une startup technologique de bio-ingénierie dont le siège est à San Francisco. La société a obtenu un financement initial de 23 millions de dollars, suivi d'un cycle de financement de série B en 2020 qui a permis de lever 45 millions de dollars supplémentaires. Cette entreprise vise à améliorer l'accessibilité des tests de biodétection conçus pour relever les défis des soins de santé, de l'agriculture, de la surveillance environnementale et de la biodéfense.

Réponse au COVID-19

Depuis mars 2020, Doudna, aux côtés de Dave Savage, Robert Tjian, Fyodor Urnov, Patrick Hsu et d'autres collègues de l'Innovative Genomics Institute (IGI), a dirigé une initiative visant à déployer des technologies basées sur CRISPR contre la pandémie de COVID-19, en créant simultanément un centre de test dédié. Cette installation a traité plus de 500 000 échantillons de patients provenant d’étudiants, du personnel, des professeurs, de la communauté locale et des travailleurs agricoles de la région de Salinas. Parallèlement, Mammoth Biosciences a rapporté une validation évaluée par des pairs d'un diagnostic rapide du COVID-19 basé sur CRISPR, qui offre des avantages en termes de rapidité et de rentabilité par rapport aux tests basés sur qRT-PCR.

Autres engagements professionnels

Doudna est fondatrice et présidente du conseil de gouvernance de l'Innovative Genomics Institute, une organisation qu'elle a cofondée en 2014. Ses affiliations incluent également des rôles de professeure scientifique au Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), de chercheuse principale aux Gladstone Institutes et de professeur adjoint de pharmacologie cellulaire et moléculaire à l'Université de Californie à San Francisco (UCSF). En 2025, le Centre national de calcul scientifique de recherche énergétique du LBNL a annoncé le développement d'un nouveau supercalculateur, nommé en l'honneur de Doudna, qui devrait succéder au supercalculateur Perlmutter.

Doudna occupe des postes au sein des conseils consultatifs scientifiques des sociétés qu'elle a cofondées, notamment Caribou, Intellia, Mammoth et Scribe, en plus de siéger aux conseils d'administration d'Altos Labs, Isomorphic Labs, Johnson. amp Johnson, Synthego, Tempus AI et la Fondation Welch. En 2022, elle est devenue conseillère scientifique en chef chez Sixth Street Partners, où elle fournit des conseils sur les stratégies d'investissement liées à la technologie CRISPR.

Vie personnelle

Le premier mariage de Doudna a eu lieu en 1988 avec Tom Griffin, un autre étudiant diplômé de Harvard, bien que leur union se soit soldée par un divorce plusieurs années plus tard. Le désir de Griffin de déménager à Boulder, Colorado, a coïncidé avec l'intérêt de Doudna à collaborer avec Thomas Cech. Alors qu'elle était chercheuse postdoctorale à l'Université du Colorado, Doudna a rencontré Jamie Cate, alors étudiant diplômé. Leurs efforts de collaboration se sont concentrés sur la cristallisation et l’élucidation de la structure de la région catalytique P4-P6 de l’intron du groupe I de Tetrahymena. Doudna a ensuite amené Cate à Yale et ils se sont mariés à Hawaï en 2000. Cate a ensuite assumé un poste de professeur au Massachusetts Institute of Technology et Doudna l'a suivi à Harvard à Boston. Cependant, en 2002, tous deux ont accepté des postes de professeur à Berkeley et y ont déménagé conjointement. Cate privilégiait l'atmosphère académique plus informelle de la côte ouest, influencée par ses expériences antérieures à l'Université de Californie à Santa Cruz et au Lawrence Berkeley National Laboratory, tandis que Doudna appréciait le statut de Berkeley en tant qu'université publique. Actuellement, Cate est professeur à Berkeley et participe à des recherches sur la levure éditrice de gènes afin d'améliorer la fermentation de la cellulose pour la production de biocarburants. Doudna et Cate ont un fils, né en 2002, qui poursuit actuellement des études en génie électrique et en informatique à l'UC Berkeley. La famille réside à Berkeley.

Prix et distinctions

Doudna a été reconnue comme boursière Searle et a reçu le prix Beckman des jeunes chercheurs en 1996. En 2000, elle a reçu le prix Alan T. Waterman, la première distinction décernée par la National Science Foundation à des chercheurs exceptionnels de moins de 35 ans, en reconnaissance de ses travaux sur la détermination de la structure des ribozymes. L'année suivante, en 2001, elle a reçu le prix Eli Lilly en chimie biologique de l'American Chemical Society (ACS).

En 2015, en collaboration avec Emmanuelle Charpentier, elle a reçu le Breakthrough Prize in Life Sciences pour ses contributions significatives à la technologie d'édition du génome CRISPR/Cas9. L'année suivante, en 2016, elle reçoit le Prix international Canada Gairdner aux côtés de Charpentier, Feng Zhang, Philippe Horvath et Rodolphe Barrangou. De plus, en 2016, elle a reçu le prix Heineken de biochimie et de biophysique. Ses autres distinctions incluent le statut de co-récipiendaire du prix Gruber de génétique (2015), du prix Tang (2016), du prix du Japon (2017) et du prix du centre médical d'Albany (2017). En 2018, Doudna a reçu le NAS Award in Chemical Sciences, le Pearl Meister Greengard Prize de l'Université Rockefeller et une médaille d'honneur de l'American Cancer Society. En 2018 également, elle a reçu conjointement le prix Kavli en nanosciences avec Emmanuelle Charpentier et Virginijus Šikšnys. En 2019, elle reçoit le Prix Harvey du Technion/Israël pour le cycle 2018, partagé avec Emmanuelle Charpentier et Feng Zhang, et le Prix LUI Che Woo dans la catégorie Amélioration du Bien-être. En 2020, elle a été co-récipiendaire du Prix Wolf de médecine avec Emmanuelle Charpentier. Plus tard cette année-là, Doudna et Charpentier ont reçu le prix Nobel de chimie pour leur travail pionnier dans le développement d'une méthode d'édition du génome. En 2025, elle a reçu la Médaille nationale de la technologie et de l'innovation et a été désignée pour recevoir la Médaille Priestley 2026 de l'ACS. Son élection à la National Academy of Engineering a eu lieu en 2026.

Elle est devenue membre de la National Academy of Sciences en 2002, de l'American Academy of Arts and Sciences en 2003, de la National Academy of Medicine en 2010 et de la National Academy of Inventors en 2014. En 2015, aux côtés de Charpentier, elle a été intronisée membre de l'American Academy of Microbiology. Sa distinction en tant que membre étranger de la Royal Society (ForMemRS) lui a été décernée en 2016. En 2017, Doudna a reçu le Golden Plate Award de l'American Academy of Achievement. En 2020, elle a reçu une bourse Guggenheim. L’année 2021 l’a vue recevoir le Prix d’excellence en diagnostic moléculaire de l’Association for Molecular Pathology. Également en 2021, le pape François a nommé Doudna, ainsi que ses collègues lauréates du prix Nobel Donna Strickland et Emmanuelle Charpentier, membres de l'Académie pontificale des sciences.

En 2015, elle et Charpentier ont été reconnus parmi les 100 personnalités les plus influentes du Time. Par la suite, en 2016, elle a été finaliste pour le titre Time Person of the Year, partageant cette distinction avec d'autres chercheurs CRISPR. En 2018 et 2023, elle a reçu respectivement un doctorat honorifique en sciences de l'USC et de Harvard.

Busch-Vishniac, Ilène ; Busch, Lauren ; Tietjen, Jill (2024). "Chapitre 50 : Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna." Dans Les femmes au Temple de la renommée des inventeurs nationaux : les cinquante premières années. Springer Nature. ISBN 9783031755255.