Эрик Чен в 16 лет открыл способ победить смертельно опасный грипп

Почему нельзя просто сделать лекарство?

Эрик родился в 1996 году в Бостоне, куда его родители переехали по рабочим визам из Китая. Когда мальчику исполнилось 6 лет, они переехали на противоположное побережье страны, в калифорнийский город Сан-Диего. Он рос в семье двух докторов наук: мать мальчика, Сяохуа Ву, работала в Исследовательском институте Скриппса — передовом исследовательском учреждении, специализирующемся на биомедицинских исследованиях. Ради ее работы семья и сменила место жительства. Отец, Лунчуань Чен, работал в госпитале Сан-Диего, занимаясь разработками в области диагностики. 

Взрослые сутки напролет проводили на работе, поэтому Эрик рано, в три с половиной года, начал читать, а затем ему подарили компьютер, и он много времени проводил наедине с ним. В 8 лет он самостоятельно научился программировать. То, чем занимались его родители, в те годы не слишком его интересовало, другое дело — информационные технологии. Вечерами родители частенько обсуждали работу, и ребенку хотелось иметь в жизни дело столь же увлекательное, но свое собственное. В школе он влюбился в точные науки. 

— Он не просто присутствовал на уроках, чтобы получить хорошую оценку. Он действительно хотел понять, как именно работает математика, — вспоминал своего ученика Брайан Шэй, преподаватель по математике. 

Первым учебным заведением в его жизни стала частная школа в Сан-Диего, Canyon Crest Academy. Когда родители отдавали его туда, они сказали, что, если ему будет тяжело, его заберут оттуда в любое другое приглянувшееся учебное заведение. Это стало вызовом для мальчика: он признавал позже, что с детства был очень азартен и во всем видел вызов и конкурс, состязаясь и с другими, и с собой вчерашним. Он проводил много времени за учебой и к концу начальной школы заметил за собой высокую утомляемость. Чтобы справиться с ней, он занялся спортом, выбрав фехтование. 

— Когда я был ребенком, я считал, что тыкать в людей мечом — это круто. Но на самом деле это лучший способ очистить мозг после бесконечных часов за монитором, — рассказывал в одном из интервью о своем хобби юноша. 

Чен обсуждал происходящее дома с родителями. Они как медики держали его в курсе событий и давали критическую оценку новостным сводкам. Они подтвердили, что повод беспокоиться действительно есть. Новые штаммы гриппа возникают постоянно, и, хоть сейчас и не Средневековье, умереть от какого-то из них вполне вероятно. 

Подросток спросил родителей: почему нельзя просто сделать лекарство прямо сейчас? Родители объяснили ему, как работает классическая биология: ученые годами вручную перебирают варианты методом проб и ошибок, а затем создаются вакцины, и это небыстрый процесс. 

Чувство тревоги не позволяло мальчику жить прежней жизнью, как будто бы ничего не случилось, тем более что из-за отмены занятий в школе и кружках у него было много свободного времени. Он начал искать научную литературу по вопросам создания лекарств от гриппа, чтобы успокоиться, и наткнулся на дисциплину, которая называлась биоинформатикой. 

Биоинформатика позволяет подбирать методы борьбы с вирусами с помощью компьютера. Оцифрованные модели молекул загружаются в систему. Перебирая огромные массивы данных, программа находит наиболее подходящие варианты для создания средства для борьбы с вирусом. 

«У вас есть вирус, у меня — навыки программирования»

Школьник загорелся идеей попробовать самостоятельно найти вакцину от новых штаммов гриппа. Для этого он начал изучать биоинформатику. В те годы эта дисциплина была довольно молодой, и публичных сетевых архивов было гораздо меньше, чем сейчас, поэтому информационный поток скоро иссяк. Тогда Эрик пошел к школьным учителям и они помогли ему найти дополнительные сведения на интересующую его тему. К сожалению, домашние компьютеры семьи Чен не подходили для того, чтобы заниматься такими вычислениями, ни с точки зрения мощностей, ни с точки зрения программного обеспечения. 

Тогда старшеклассник, посоветовавшись с родителями, решил поискать себе кураторов в мире науки, которые могли бы быть заинтересованы в его исследовании. Он отправил письмо в Калифорнийский университет — ближайшую научную организацию, где могли оказаться нужные специалисты и техника.   

— У вас есть биологическая мишень, то есть вирус, и суперкомпьютеры. У меня есть навыки программирования, и я хочу написать алгоритм, который заставит ваши компьютеры искать лекарство вместо людей, — писал в своей рассылке 15-летний Эрик. 

В итоге профессор теоретической и вычислительной химии Ромми Амаро из Калифорнийского университета пригласила школьника на беседу, чтобы узнать подробнее о его задумке. Они нашли общий язык, и она дала мальчику доступ к самым передовым компьютерам, что были в ее распоряжении, и стала наставником в его проекте. Он полностью разрушил ее убеждение в том, что школьникам не интересны глубокие научные изыскания. Каждую неделю он приносил ей промежуточные итоги своей работы, показывая, что успел сделать. Он ходил на ее лекции по биоинформатике и наравне со студентами осваивал материал. 

— Эрик — отличный пример ультрасовременного ученого, который не боится сочетать самые разные методы. Когда он пришел ко мне в первый раз, он выглядел очень решительным, я дала ему ворох статей и отправила восвояси. Он вернулся, тщательно изучив их, и с этого момента наши отношения по-настоящему пошли в гору, — вспоминала Ромми Амаро. 

По воспоминаниям Эрика, около 9 месяцев ушло на то, чтобы написать код. Первые месяцы были потрачены на детальный анализ 3D-модели белка эндонуклеазы. Эрик использовал программу FTMap, чтобы найти на поверхности этого вирусного белка «горячие точки» (карманы), куда теоретически может встроиться молекула лекарства. 

Затем на языке Python Эрик написал вспомогательные алгоритмы, фильтры и скрипты автоматизации. Ему нужно было объединить химическую базу данных на полмиллиона соединений с расчетным модулем Autodock Vina. Алгоритм должен был автоматически брать молекулу, крутить ее в 3D-пространстве, состыковывать с вирусом, оценивать прочность связи по законам физики и переходить к следующей. 

Когда все было готово, все тесты были пройдены, баги найдены и ошибки устранены, потребовалось несколько суток непрерывной работы вычислительной техники в суперкомпьютерном кластере Калифорнийского университета.

После завершения расчетов суперкомпьютер выдал Эрику шот-лист из 60 молекул, детально изучив их химическую стабильность и безопасность, чтобы лекарство не оказалось токсичным для человека. Весна и лето 2013 года ушли на физические тесты в лаборатории Института Скриппса. Проделанная работа в конце концов привела Эрика к маме на работу, и его мечта впечатлить родителей наконец-то сбылась: они по достоинству оценили медицинский прорыв, сделанный их сыном. 

Эрик заказал 60 препаратов, чтобы после смешать их в пробирках с вирусными белками и оценить результаты. В итоге 6 молекул из предсказанных суперкомпьютером полностью подтвердили свою эффективность живьем, остановив размножение вируса.

«Кто в наше время может умереть от гриппа?»

После триумфального завершения своего исследования Эрик отправил его для начала на научную ярмарку Google 2013 года. Там он выиграл главный приз в категории 17-18 лет, получив грант на обучение в вузе в размере 50 000 долларов от Google, поездку на Галапагосские острова вместе с экспедицией National Geographic, а также персонализированные призы от спонсоров конкурса (CERN и LEGO).

— Когда я был на мероприятии финалистов Google Science Fair, во время дня открытых дверей я презентовал свою работу и случайно услышал на заднем плане двух парней-подростков. Один сказал другому: «Ха, да ладно, кто вообще в наши дни может умереть от гриппа?» Это заставило меня улыбнуться. Люди не осознают масштаб угрозы, — вспоминал позже Эрик. 

В 2014 году с тем же исследованием он занял 1-е место на научном конкурсе Intel Science Talent Search, обойдя 1790 сильнейших претендентов со всей страны и получив грант в 100 000 долларов. И, наконец, на следующем мероприятии от Intel, на этот раз всемирной научной ярмарке, он занял первое место в секции «Микробиология», получив также специализированный приз от Американского общества микробиологов. 

Кроме того, он занял первые места на городском научном конкурсе и на фестивале штата Калифорния. Суммарно он выиграл более 250 000 долларов, не считая прочих призов. В 2014 году журнал Forbes включил его в свой знаменитый ежегодный рейтинг «30 до 30» в категории «Наука и здравоохранение» как одного из самых перспективных молодых ученых планеты.

Эрик поступил в Гарвард и продолжил заниматься биоинформатикой и вычислительной химией. Его открытие было официально зарегистрировано в США, он получил патент, но не торопился коммерциализировать его, запуская производство противовирусных лекарств или сотрудничая с какими-либо фармацевтическими гигантами. Он продолжал заниматься фундаментальной наукой, изучая возможности союза компьютера и человека в конструировании медицинских препаратов. 

— Биология невероятно сложна, но когда вы переводите ее на язык цифр и трехмерных моделей, вы начинаете видеть скрытые пазы в вирусах, которые можно заблокировать нужной молекулой, как ключом, — объяснял суть своей специализации Чен. 

Почему лекарство от гриппа все же сделал не он?

В 2018 году он был удивлен новостью о том, что японская компания Shionogi & Co разработала препарат от самых «молодых» штаммов гриппа на базе тех же самых ингибиторов эндонуклеазы (внутреннего белка), что фигурировали в исследовании Чена. На мировой рынок его вывела швейцарская корпорация Roche Group совместно с американской дочерней компанией Genentech. Все разработки официально велись вне зависимости от открытия Эрика, хотя и начались значительно позже. 

Препарат был назван «Ксофлюза», и всего одна его таблетка останавливала размножение вируса, в отличие от более ранних противовирусных препаратов. Они были основаны на ингибиторах нейраминидазы, то есть атаковали внешнюю оболочку вируса, но так как она обладает способностью изменяться, противодействуя лекарствам, требовалось пить препараты курсом некоторое время, чтобы они подействовали. 

Эрик Чен признавался, что коммерция — это не его, поэтому он не занимался вопросами производства лекарства и вывода его на рынок. Азарт конкурсов — это совершенно другая история, не похожая на утомительную рутину деловых переговоров. Он был бы рад, если бы кто-то занялся этим за него, но такого специалиста не нашлось, поэтому хорошо, что лекарство увидело свет, пусть и вследствие параллельно шедшего исследования. 

Сегодня он работает в Бостоне, в Broad Institute — совместном учебном хабе Гарварда и MIT, и преподает биоинформатику. 

Его последние исследования задействуют искусственный интеллект, который ускоряет и упрощает взаимодействие с суперкомпьютерами для проведения виртуальных медицинских исследований и расчетов, ускоряющих процесс создания лекарств и вакцин, прогнозирующих мутации вирусов, исследующих ДНК человека, растений и животных и тысячей разных способов помогающих ученым бороться с новыми угрозами жизни и здоровью. 

Источники: medium.com, sandiegouniontribune.com, scripps.edu, sandiegouniontribune.com, orcid.org, scripps.edu, usnews.com, tedmed.com, abc.net.au, scholar.google.com, sdsc.edu, today.ucsd.edu, drugs.com, futuredocs.com, tedmed.com, pmc.ncbi.nlm.nih.gov