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Jennifer Doudna
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Jennifer Doudna

TORIma Accademia — Biochimico / CRISPR

Jennifer Doudna

Jennifer Doudna

Jennifer Anne Doudna (; nata il 19 febbraio 1964) è una biochimica americana che ha aperto la strada al lavoro nell'editing genetico CRISPR e ha realizzato altri fondamentali...

Jennifer Anne Doudna (; nata il 19 febbraio 1964) è una biochimica americana famosa per i suoi contributi pionieristici all'editing genetico CRISPR e ad altri progressi fondamentali in biochimica e genetica. Nel 2020, è stata insignita del Premio Nobel per la Chimica insieme a Emmanuelle Charpentier per il loro lavoro pionieristico sullo "sviluppo di un metodo per l'editing del genoma". Attualmente ricopre la cattedra di rettore Li Ka Shing nei dipartimenti di chimica e biologia molecolare e cellulare dell'Università della California, Berkeley. Dal 1997 ha lavorato anche come ricercatrice per l'Howard Hughes Medical Institute.

Jennifer Anne Doudna (; nata il 19 febbraio 1964) è una biochimica americana che ha aperto la strada al lavoro nell'editing genetico CRISPR e ha dato altri contributi fondamentali in biochimica e genetica. Ha ricevuto il Premio Nobel per la Chimica 2020, insieme a Emmanuelle Charpentier, "per lo sviluppo di un metodo per l'editing del genoma". È professoressa titolare della cattedra del rettore Li Ka Shing presso il dipartimento di chimica e il dipartimento di biologia molecolare e cellulare dell'Università della California, Berkeley. È ricercatrice presso l'Howard Hughes Medical Institute dal 1997.

Nel 2012, Doudna ed Emmanuelle Charpentier hanno introdotto in collaborazione il concetto pionieristico secondo cui CRISPR-Cas9, un sistema enzimatico batterico che regola l'immunità microbica, potrebbe essere sfruttato per l'editing programmabile del genoma. Questa proposizione è stata ampiamente riconosciuta come una delle scoperte più cruciali della storia biologica. Successivamente, Doudna è emersa come figura preminente nella "rivoluzione CRISPR", distinguendosi per la sua ricerca fondamentale e la leadership nel progresso delle tecnologie di editing genomico mediate da CRISPR.

I numerosi riconoscimenti di Doudna includono l'Alan T. Waterman Award del 2000, in riconoscimento della sua ricerca sulla cristallografia a raggi X sulla struttura del ribozima, e il Breakthrough Prize in Life Sciences del 2015, condiviso con Charpentier, per la tecnologia di editing del genoma CRISPR-Cas9. Ulteriori riconoscimenti includono la co-ricezione del Premio Gruber in Genetica (2015), del Premio Tang (2016), del Premio Internazionale Canada Gairdner (2016) e del Premio Giappone (2017). Nel 2015, è stata riconosciuta tra le 100 persone più influenti del Time e nel 2023 è stata inserita nella National Inventors Hall of Fame. Il Premio Nobel per la Chimica 2020 è stato conferito congiuntamente a Jennifer Doudna ed Emmanuelle Charpentier per il loro sviluppo della tecnologia di editing genomico CRISPR-Cas9, una svolta che ha profondamente rivoluzionato la biologia molecolare e offre sostanziali promesse per il trattamento delle malattie genetiche.

Primi anni di vita e background accademico

Jennifer Doudna è nata il 19 febbraio 1964 a Washington, D.C., da Dorothy Jane (Williams) e Martin Kirk Doudna. Suo padre ha conseguito un dottorato di ricerca. in letteratura inglese presso l'Università del Michigan, mentre sua madre possedeva un master in pedagogia. All'età di sette anni, la famiglia di Doudna si trasferì alle Hawaii, dove suo padre assunse un ruolo di insegnante di letteratura americana presso l'Università delle Hawaii a Hilo. Allo stesso tempo, sua madre ha conseguito un secondo master in storia asiatica presso la stessa università e successivamente ha insegnato storia in un college della comunità locale.

Durante la sua educazione a Hilo, Hawaii, Doudna ha sviluppato un profondo fascino per la flora e la fauna locali. Suo padre, un avido lettore di letteratura scientifica, teneva a casa una collezione di libri scientifici popolari. In prima media, le presentò il lavoro fondamentale di James Watson del 1968 sulla scoperta della struttura del DNA, La doppia elica, che si rivelò una significativa fonte di ispirazione. Allo stesso tempo, Doudna ha coltivato il suo interesse per la scienza e la matematica durante tutto il suo percorso scolastico.

Durante il suo incarico alla Hilo High School, le inclinazioni scientifiche di Doudna sono state significativamente incoraggiate dalla sua insegnante di chimica del decimo anno, Jeanette Wong, che Doudna ha costantemente riconosciuto come una figura fondamentale nell'accendere la sua precoce curiosità scientifica. Inoltre, un docente ospite specializzato in cellule tumorali l’ha ulteriormente motivata a considerare la scienza come un percorso professionale. Ha intrapreso una posizione di ricerca estiva nel laboratorio dell'illustre micologo Don Hemmes presso l'Università delle Hawaii a Hilo, diplomandosi alla Hilo High School nel 1981.

Doudna ha proseguito gli studi universitari in biochimica presso il Pomona College di Claremont, in California. Durante il suo primo anno, un corso di chimica generale l'ha portata a mettere in dubbio la sua attitudine per una carriera scientifica, spingendola a contemplare un importante passaggio al francese al secondo anno. Tuttavia, il suo insegnante di francese le consigliò di persistere nella scienza. I professori Fred Grieman e Corwin Hansch, entrambi chimici a Pomona, esercitarono una notevole influenza sul suo percorso accademico. La sua ricerca scientifica iniziale è stata condotta nel laboratorio della professoressa Sharon Panasenko. Ha conseguito la laurea in biochimica nel 1985. Successivamente, ha intrapreso gli studi di dottorato presso la Harvard Medical School, ottenendo un dottorato di ricerca. in chimica biologica e farmacologia molecolare nel 1989. Il suo dottorato di ricerca. tesi, supervisionata da Jack W. Szostak, incentrata su un sistema progettato per migliorare l'efficienza di un RNA catalitico autoreplicante.

Carriera e sforzi di ricerca

Dopo il completamento dei suoi studi di dottorato, ha intrapreso borse di ricerca in biologia molecolare presso il Massachusetts General Hospital e in genetica presso la Harvard Medical School. Tra il 1991 e il 1994, ha lavorato come studiosa post-dottorato Lucille P. Markey in scienze biomediche presso l'Università del Colorado Boulder, collaborando con Thomas Cech. Nel 2025, l'indice h di Doudna è pari a 166 secondo Google Scholar e 134 secondo Scopus.

Indagine sulla struttura e sulla funzione del ribozima

Durante la fase iniziale della sua carriera scientifica, Doudna ha dedicato i suoi sforzi a chiarire la struttura e la funzione biologica degli enzimi RNA, noti come ribozimi. Mentre era affiliato al laboratorio Szostak, Doudna ha riprogettato con successo l'introne catalitico autogiuntivante Tetrahymena del gruppo I, trasformandolo in un vero e proprio ribozima catalitico in grado di replicare modelli di RNA. Sebbene il suo obiettivo principale fosse la progettazione dei ribozimi e la comprensione dei loro meccanismi fondamentali, ha riconosciuto un ostacolo significativo nell'incapacità di visualizzare direttamente questi processi molecolari. Di conseguenza, Doudna si è unito al laboratorio di Thomas Cech presso l'Università del Colorado Boulder con l'obiettivo di cristallizzare e, per la prima volta, determinare la struttura tridimensionale di un ribozima, consentendo così un'analisi comparativa con le strutture degli enzimi a base proteica. Questo progetto è iniziato nel laboratorio Cech nel 1991 e si è concluso presso l'Università di Yale nel 1996. Nel 1994, Doudna ha iniziato il suo incarico presso l'Università di Yale come professore assistente presso il Dipartimento di Biofisica e Biochimica Molecolare.

Analisi di diffrazione di raggi X della struttura del sito attivo del ribozima a Yale

Mentre era a Yale, il gruppo di ricerca di Doudna ha cristallizzato e chiarito con successo la struttura tridimensionale del nucleo catalitico del ribozima Tetrahymena del gruppo I. I loro risultati hanno rivelato un gruppo di cinque ioni magnesio all'interno di una regione specifica del dominio P4-P6 del ribozima, stabilendo un nucleo idrofobo che ha facilitato il ripiegamento della struttura rimanente. Questa disposizione strutturale mostra un'analogia, ma anche una distinzione chimica, con il tipico nucleo di amminoacidi idrofobici presente nelle proteine. Successivamente, il suo gruppo ha ottenuto anche la cristallizzazione di altri ribozimi, in particolare il ribozima del virus dell'epatite delta. Questa ricerca fondamentale sulla risoluzione di grandi strutture di RNA ha successivamente aperto la strada a ulteriori indagini strutturali su elementi come un sito di ingresso ribosomiale interno (IRES) e vari complessi proteina-RNA, inclusa la particella di riconoscimento del segnale.

Nel 2000, Doudna ha ricevuto una promozione alla stimata posizione di Professore di Biofisica e Biochimica Molecolare Henry Ford II a Yale. Durante gli anni accademici 2000-2001, ha ricoperto contemporaneamente il ruolo di Robert Burns Woodward Visiting Professor of Chemistry presso l'Università di Harvard.

Transizione a Berkeley

Nel 2002, si è trasferita a Berkeley per raggiungere suo marito, Jamie Cate, accettando una cattedra di biochimica e biologia molecolare. Questa mossa ha inoltre garantito a Doudna l'accesso al sincrotrone del Lawrence Berkeley National Laboratory, facilitando i suoi esperimenti che coinvolgono la diffrazione di raggi X ad alta potenza.

Nel 2009, ha iniziato un congedo da Berkeley per assumere un ruolo di leadership nella ricerca scientifica presso Genentech. Tuttavia, dopo un mandato di due mesi, lasciò Genentech e ritornò a Berkeley, aiutata dal suo collega Michael Marletta, e successivamente annullò tutti gli altri impegni per concentrarsi sulla ricerca CRISPR.

Dal 2023, Doudna è stata affiliata all'Università della California, Berkeley, dove ricopre il ruolo di direttrice dell'Innovative Genomics Institute. Questo istituto, un'impresa di collaborazione tra Berkeley e UCSF, è stato fondato da Doudna con l'obiettivo di sviluppare la tecnologia di modifica del genoma e applicarla per affrontare le sfide sociali critiche nella salute umana, nell'agricoltura e nel cambiamento climatico. È titolare della cattedra di Biomedicina e Salute presso il Cancelliere Li Ka Shing e presiede il Comitato consultivo di biologia del Cancelliere. Attualmente, le attività di ricerca del suo laboratorio si concentrano sugli aspetti strutturali e funzionali dei sistemi CRISPR-Cas, sullo sviluppo di nuove tecnologie di modifica del genoma e meccanismi di somministrazione per le terapie CRISPR e su tecniche innovative per la modifica precisa del microbioma.

Scoperta dell'editing del genoma CRISPR-Cas9

Nel 2006, Jillian Banfield ha presentato Doudna a CRISPR, dopo averla individuata tramite una ricerca su Google per "RNAi e UC Berkeley", che mostrava ben visibile il nome di Doudna. Successivamente, nel 2012, Doudna e il suo gruppo di ricerca hanno ottenuto una svolta che ha semplificato in modo significativo il processo di editing del DNA genomico. Questa innovazione è incentrata sulla proteina Cas9, un componente integrale del sistema immunitario batterico "CRISPR" dello streptococco, che funziona come una forbice molecolare insieme all'RNA guida. Cas9 prende di mira e taglia il DNA virale, inibendo così l’infezione virale del batterio. Mentre Yoshizumi Ishino e i suoi collaboratori identificarono inizialmente questo sistema nel 1987, e Francisco Mojica successivamente lo caratterizzò, Doudna ed Emmanuelle Charpentier furono i primi a dimostrarne la programmabilità utilizzando vari RNA per il taglio e la modifica precisi del DNA.

Con l'espansione dell'applicazione di CRISPR nell'editing di organismi multicellulari, Doudna è stata costantemente riconosciuta come una voce di spicco per quanto riguarda le implicazioni etiche della modifica delle funzioni dell'organismo attraverso la tecnologia CRISPR. Numerosi gruppi di ricerca hanno successivamente portato avanti questa scoperta, portando a diverse applicazioni che spaziano dalla biologia cellulare fondamentale, agli studi su piante e animali e agli interventi terapeutici per condizioni come l'anemia falciforme, la fibrosi cistica, la malattia di Huntington e l'HIV. Doudna, insieme ad altri illustri biologi, ha sostenuto una moratoria globale sull’implementazione clinica dell’editing genetico basato su CRISPR. Sostiene l'applicazione di CRISPR per l'editing genetico somatico, che comporta modifiche genetiche non ereditate dalle generazioni successive, ma si oppone al suo utilizzo nell'editing genetico della linea germinale.

L'avvento del sistema CRISPR, che offre un metodo nuovo e diretto per l'editing del DNA, ha accelerato una rapida ricerca di protezione brevettuale per la tecnica. Sia il team di Doudna dell'UC Berkeley che un gruppo di ricerca del Broad Institute, associato al Massachusetts Institute of Technology e ad Harvard, hanno presentato domande di brevetto. In particolare, Feng Zhang del Broad Institute ha dimostrato l’efficacia di CRISPR-Cas9 nell’editing dei geni all’interno di cellule umane in coltura solo pochi mesi dopo la pubblicazione della loro metodologia da parte di Doudna e Charpentier. Prima della risoluzione della richiesta di brevetto dell'UC Berkeley, un brevetto era stato assegnato ai ricercatori del Broad Institute, spingendo l'UC Berkeley ad avviare un'azione legale contestando questa decisione. Nel 2017, la corte si è pronunciata a favore del Broad Institute, che ha affermato l’avvio preventivo della ricerca e ha dimostrato la prima applicazione della tecnologia all’ingegneria delle cellule umane, fornendo supporto empirico per l’editing delle cellule umane, mentre il gruppo dell’UC Berkeley aveva proposto solo questa applicazione. Successivamente l'UC Berkeley ha presentato ricorso, sostenendo che le informazioni iniziali avevano esplicitamente dettagliato la metodologia per l'applicazione successivamente perseguita dal Broad Institute. La corte d'appello ha confermato il brevetto del Broad Institute nel settembre 2018. Contemporaneamente, un brevetto che copre la tecnica generale CRISPR è stato concesso anche all'UC Berkeley e ai suoi co-richiedenti. A complicare ulteriormente il panorama dei brevetti, la rivendicazione della precedenza della ricerca da parte del Broad Institute è stata respinta in Europa. Questo rifiuto è derivato da un'irregolarità procedurale riguardante discrepanze tra il personale elencato nella causa e nella domanda di brevetto, alimentando la speculazione secondo cui il gruppo dell'UC Berkeley alla fine potrebbe avere successo in Europa. Nel 2011, Doudna ha co-fondato Caribou Biosciences, una società fondata per commercializzare la tecnologia CRISPR. Nonostante le controversie legali in corso, Doudna ha co-fondato Editas Medicine con Zhang e altri collaboratori nel settembre 2013, anche se se n'è andata nel giugno 2014; Charpentier le ha successivamente esteso l'invito a unirsi a CRISPR Therapeutics, che Doudna ha rifiutato, citando la sua stimolante esperienza presso Editas. Inoltre, Doudna è co-fondatore di Intellia Therapeutics, uno spin-off di Caribou, e Scribe Therapeutics, che ha sviluppato CasX, una variante Cas9 più compatta e avanzata capace di un'efficace scissione del DNA.

Nel 2017, Doudna è stato coautore di A Crack in Creation: Gene Editing and the Unthinkable Power to Control Evolution con Samuel H. Sternberg. Questa pubblicazione rappresenta un esempio notevole di narrazione in prima persona che descrive nel dettaglio un significativo progresso scientifico, adattato appositamente per un pubblico generale.

Oltre al suo contributo alla svolta CRISPR, Doudna ha identificato un meccanismo non convenzionale impiegato dal virus dell'epatite C per sintetizzare le proteine ​​virali. Questa ricerca ha il potenziale per lo sviluppo di nuove terapie antivirali in grado di inibire le infezioni senza provocare danni ai tessuti.

Doudna ha espresso notevole ottimismo riguardo al potenziale di CRISPR per affrontare le malattie genetiche non trattate e migliorare l'agricoltura sostenibile, esprimendo allo stesso tempo la preoccupazione che i vantaggi della tecnologia potrebbero non estendersi alle popolazioni più vulnerabili senza uno sviluppo attento e deliberato.

Mammoth Biosciences

Nel 2017, Doudna ha co-fondato Mammoth Biosciences, una startup tecnologica di bioingegneria con sede a San Francisco. La società si è assicurata un finanziamento iniziale di 23 milioni di dollari, seguito da un round di finanziamento di serie B nel 2020 che ha raccolto ulteriori 45 milioni di dollari. Questa impresa mira a migliorare l'accessibilità dei test di biorilevamento progettati per affrontare le sfide nel campo della sanità, dell'agricoltura, del monitoraggio ambientale e della biodifesa.

Risposta al COVID-19

A partire da marzo 2020, Doudna, insieme a Dave Savage, Robert Tjian, Fyodor Urnov, Patrick Hsu e altri colleghi dell'Innovative Genomics Institute (IGI), ha guidato un'iniziativa per implementare tecnologie basate su CRISPR contro la pandemia di COVID-19, istituendo contemporaneamente un centro di test dedicato. Questa struttura ha elaborato più di 500.000 campioni di pazienti provenienti da studenti, personale, docenti, comunità locale e lavoratori agricoli della UC Berkeley nella regione di Salinas. Allo stesso tempo, Mammoth Biosciences ha riportato una convalida sottoposta a revisione paritaria di una diagnostica rapida per il COVID-19 al punto di necessità basata su CRISPR, che offre vantaggi in termini di velocità ed efficienza in termini di costi rispetto ai test basati su qRT-PCR.

Altri impegni professionali

Doudna è fondatrice e presidente del consiglio di amministrazione dell'Innovative Genomics Institute, un'organizzazione da lei cofondata nel 2014. Le sue affiliazioni includono anche ruoli come scienziata di facoltà presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), ricercatore senior presso i Gladstone Institutes e professore aggiunto di farmacologia cellulare e molecolare presso l'Università della California, San Francisco (UCSF). Nel 2025, il National Energy Research Scientific Computing Center della LBNL ha annunciato lo sviluppo di un nuovo supercomputer, chiamato in onore di Doudna, che dovrebbe succedere al supercomputer Perlmutter.

Doudna ricopre incarichi nei comitati consultivi scientifici delle società da lei co-fondate, tra cui Caribou, Intellia, Mammoth e Scribe, oltre a far parte dei consigli di amministrazione di Altos Labs, Isomorphic Labs, Johnson amp. Johnson, Synthego, Tempus AI e la Fondazione Welch. Nel 2022 è diventata capo consulente scientifico per Sixth Street Partners, dove fornisce indicazioni sulle strategie di investimento relative alla tecnologia CRISPR.

Vita personale

Il primo matrimonio di Doudna avvenne nel 1988 con Tom Griffin, un compagno di studi laureato ad Harvard, anche se la loro unione si concluse con un divorzio diversi anni dopo. Il desiderio di Griffin di trasferirsi a Boulder, in Colorado, coincise con l'interesse di Doudna a collaborare con Thomas Cech. Mentre prestava servizio come ricercatore post-dottorato presso l'Università del Colorado, Doudna incontrò Jamie Cate, allora studente laureato. I loro sforzi di collaborazione si sono concentrati sulla cristallizzazione e sul chiarimento della struttura della regione catalitica dell'introne P4-P6 di Tetrahymena Gruppo I. Successivamente Doudna portò Cate a Yale e si sposarono alle Hawaii nel 2000. Cate in seguito assunse una cattedra presso il Massachusetts Institute of Technology e Doudna lo seguì ad Harvard a Boston. Tuttavia, nel 2002, entrambi accettarono incarichi di facoltà a Berkeley e vi si trasferirono insieme. Cate prediligeva l'atmosfera accademica più informale della costa occidentale, influenzata dalle sue precedenti esperienze presso l'Università della California, a Santa Cruz e al Lawrence Berkeley National Laboratory, mentre Doudna apprezzava lo status di Berkeley come università pubblica. Attualmente Cate è professoressa a Berkeley, impegnata nella ricerca sul lievito che modifica i geni per migliorare la fermentazione della cellulosa per la produzione di biocarburanti. Doudna e Cate hanno un figlio, nato nel 2002, che attualmente sta proseguendo gli studi in ingegneria elettrica e informatica presso l'UC Berkeley. La famiglia risiede a Berkeley.

Premi e riconoscimenti

Doudna è stata riconosciuta come Searle Scholar e nel 1996 gli è stato assegnato il Beckman Young Investigators Award. Nel 2000, ha ricevuto l'Alan T. Waterman Award, il principale riconoscimento della National Science Foundation per ricercatori eccezionali sotto i 35 anni, in riconoscimento del suo lavoro sulla determinazione della struttura del ribozima. L'anno successivo, nel 2001, è stata insignita dell'Eli Lilly Award in Biological Chemistry dall'American Chemical Society (ACS).

Nel 2015, insieme a Emmanuelle Charpentier, le è stato assegnato il Breakthrough Prize in Life Sciences per i suoi contributi significativi alla tecnologia di editing genomico CRISPR/Cas9. L'anno successivo, nel 2016, ha ricevuto il Canada Gairdner International Award insieme a Charpentier, Feng Zhang, Philippe Horvath e Rodolphe Barrangou. Inoltre, nel 2016, è stata insignita del Premio Heineken per la biochimica e la biofisica. Gli altri suoi riconoscimenti includono lo status di co-destinataria del Premio Gruber in Genetica (2015), del Premio Tang (2016), del Premio Giappone (2017) e dell'Albany Medical Center Prize (2017). Nel 2018, Doudna ha ricevuto il NAS Award in Chemical Sciences, il Pearl Meister Greengard Prize dalla Rockefeller University e una medaglia d'onore dall'American Cancer Society. Sempre nel 2018 le è stato assegnato il Premio Kavli per le nanoscienze insieme a Emmanuelle Charpentier e Virginijus Šikšnys. Nel 2019 ha ricevuto l’Harvey Prize del Technion/Israel per il ciclo 2018, condiviso con Emmanuelle Charpentier e Feng Zhang, e il LUI Che Woo Prize nella categoria Welfare Betterment. Nel 2020 ha ricevuto insieme a Emmanuelle Charpentier il Premio Wolf per la medicina. Nello stesso anno, Doudna e Charpentier ricevettero il Premio Nobel per la Chimica per il loro lavoro pionieristico nello sviluppo di un metodo per l'editing del genoma. Nel 2025, ha ricevuto la Medaglia Nazionale per la Tecnologia e l'Innovazione ed è stata designata a ricevere la Medaglia Priestley 2026 dall'ACS. La sua elezione alla National Academy of Engineering è avvenuta nel 2026.

È diventata membro della National Academy of Sciences nel 2002, dell'American Academy of Arts and Sciences nel 2003, della National Academy of Medicine nel 2010 e della National Academy of Inventors nel 2014. Nel 2015, insieme a Charpentier, è stata inserita come membro dell'American Academy of Microbiology. La sua distinzione come membro straniero della Royal Society (ForMemRS) le è stata conferita nel 2016. Nel 2017, Doudna ha ricevuto il Golden Plate Award dall'American Academy of Achievement. Nel 2020 le è stata assegnata una borsa di studio Guggenheim. L'anno 2021 l'ha vista ricevere il premio per l'eccellenza nella diagnostica molecolare dall'Associazione per la patologia molecolare. Sempre nel 2021, Papa Francesco ha nominato Doudna, insieme alle altre premi Nobel Donna Strickland ed Emmanuelle Charpentier, membri della Pontificia Accademia delle Scienze.

Nel 2015, lei e Charpentier sono stati riconosciuti tra le 100 persone più influenti del Time. Successivamente, nel 2016, si è classificata seconda come Persona dell'anno Time, condividendo questo riconoscimento con altri ricercatori CRISPR. Nel 2018 e nel 2023 le è stato conferito il titolo di dottore in scienze onorario rispettivamente dalla USC e da Harvard.

Busch-Vishniac, Ilene; Busch, Lauren; Tietjen, Jill (2024). "Capitolo 50: Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna." In Donne nella National Inventors Hall of Fame: i primi cinquant'anni. Natura di Springer. ISBN 9783031755255.