Khi Doudna và nhóm của bà bắt đầu nghiên cứu CRISPR, hai nhà khoa học thực phẩm trẻ tuổi ở các châu lục khác nhau cũng đang nghiên cứu CRISPR với mục tiêu cải thiện cách làm sữa chua và pho mát. Rodolphe Barrangou ở Bắc Carolina và Philippe Horvath ở Pháp làm việc cho Danisco, một công ty nguyên liệu thực phẩm của Đan Mạch chuyên sản xuất giống khởi động và kiểm soát quá trình lên men các sản phẩm từ sữa.

Các giống khởi động cho sữa chua và pho mát được làm từ vi khuẩn và mối đe dọa lớn nhất đối với thị trường toàn cầu trị giá 40 tỉ đôla là các loại virus có thể tiêu diệt vi khuẩn. Vì vậy, Danisco sẵn sàng chi rất nhiều tiền để nghiên cứu cách vi khuẩn tự bảo vệ mình trước những loại virus này.

Công ty có một tài sản quý giá: một hồ sơ lịch sử về chuỗi DNA của vi khuẩn mà nó đã sử dụng trong nhiều năm. Và đó là cách Barrangou và Horvath, những người lần đầu tiên nghe nói về nghiên cứu của Mojica về CRISPR tại một hội nghị, đã trở thành một phần của mối quan hệ giữa khoa học cơ bản và kinh doanh.

Barrangou sinh ra ở Paris, nơi khiến anh say mê ẩm thực. Anh cũng yêu thích khoa học, và ở trường đại học, anh quyết định kết hợp các niềm đam mê của mình. Anh trở thành người duy nhất tôi từng gặp chuyển từ Pháp đến Bắc Carolina để tìm hiểu thêm về ẩm thực. Anh đăng ký học tại Đại học Bang Bắc Carolina ở Raleigh và lấy bằng thạc sĩ về khoa học lên men dưa chua và dưa cải bắp.

Anh tiếp tục lấy bằng tiến sĩ ở đó, kết hôn với một nhà khoa học thực phẩm mà anh gặp khi đi học và theo vợ đến Madison, Wisconsin, nơi cô làm việc cho công ty thịt Oscar Mayer. Madison cũng là nơi đặt trụ sở của một đơn vị Danisco sản xuất hàng trăm nghìn tấn vi khuẩn nuôi cấy cho các sản phẩm sữa lên men, bao gồm cả sữa chua. Barrangou nhận công việc ở đó với tư cách là giám đốc nghiên cứu vào năm 2005.

Nhiều năm trước, anh đã trở thành bạn của một nhà khoa học thực phẩm người Pháp khác, Philippe Horvath, một nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Danisco ở Dangé-Saint-Romain, một thị trấn ở miền trung nước Pháp. Horvath đang phát triển các công cụ để xác định virus tấn công các chủng vi khuẩn khác nhau và cả hai bắt đầu hợp tác lâu dài để nghiên cứu CRISPR.

Họ thường nói chuyện qua điện thoại hai hoặc ba lần một ngày bằng tiếng Pháp khi vạch ra kế hoạch của mình. Phương pháp của họ là sử dụng sinh học tính toán để nghiên cứu trình tự CRISPR của vi khuẩn trong cơ sở dữ liệu rộng lớn của Danisco, bắt đầu với Streptococcus thermophilus, loại vi khuẩn được ví như con ngựa thồ của ngành chăn nuôi bò sữa.

Họ đã so sánh trình tự CRISPR của vi khuẩn với DNA của virus tấn công chúng. Điều tuyệt vời về cơ sở dữ liệu của Danisco là kể từ đầu những năm 1980, họ đã có các chủng vi khuẩn hàng năm, cho phép họ quan sát những thay đổi xảy ra với chúng theo thời gian.

Họ nhận thấy rằng những vi khuẩn đã được thu thập ngay sau một cuộc tấn công dữ dội của virus có các đoạn đệm mới với các chuỗi từ những virus đó, cho thấy rằng chúng đã được thu thập như một cách để đẩy lùi các cuộc tấn công trong tương lai. Bởi vì khả năng miễn dịch bây giờ là một phần trên DNA của vi khuẩn, nó sẽ được truyền lại cho tất cả các thế hệ vi khuẩn trong tương lai.

Sau một so sánh được thực hiện vào tháng 5 năm 2005, họ nhận ra mình đã đúng. “Chúng tôi thấy có sự trùng khớp 100% giữa CRISPR của chủng vi khuẩn và trình tự của virus mà chúng tôi biết đã tấn công nó,” Barrangou nhớ lại. “Đó chính là khoảnh khắc eureka.” Đó là một xác nhận quan trọng cho luận điểm do Francisco Mojica và Eugene Koonin đưa ra.

Sau đó, họ đã đạt được một điều rất hữu ích: Họ cho thấy rằng mình có thể tạo ra khả năng miễn dịch này bằng cách tạo ra và thêm vào các đoạn đệm của riêng họ. Cơ sở nghiên cứu của Pháp không được phép thực hiện kỹ thuật di truyền, vì vậy Barrangou đã thực hiện phần thí nghiệm đó ở Wisconsin. Anh nói: “Tôi đã chỉ ra rằng khi bạn thêm các trình tự từ virus vào locus CRISPR, vi khuẩn sẽ phát triển khả năng miễn dịch với virus đó”.

Thêm nữa, điều đó chứng tỏ rằng các enzyme liên quan đến CRISPR (Cas) đóng vai trò then chốt trong việc thu thập các đoạn đệm mới và đẩy lùi các virus tấn công. “Những gì tôi đã làm là loại bỏ hai gen Cas”, Barrangou nhớ lại. “Điều này thật không dễ thực hiện vào thời điểm 12 năm trước. Một trong số đó là Cas9, và chúng tôi đã chỉ ra rằng khi bạn loại nó ra, bạn sẽ mất đi sự kháng cự”.

Họ đã sử dụng những khám phá này vào tháng 8 năm 2005 để đăng ký và nhận được một trong những bằng sáng chế đầu tiên được cấp cho các hệ thống CRISPR-Cas. Năm đó Danisco bắt đầu sử dụng CRISPR để chủng ngừa các chủng vi khuẩn của mình.

Barrangou và Horvath đã viết một bài báo cho Tạp chí Science, được xuất bản vào tháng 3 năm 2007. “Đó là một khoảnh khắc tuyệt vời,” Barrangou nói. “Chúng tôi, những nhân viên tại một công ty Đan Mạch vô danh, đang gửi một bản thảo về một hệ thống ít được biết đến trong một cơ quan mà không nhà khoa học nào quan tâm. Ngay cả việc được xem xét cũng là tuyệt vời. Và chúng tôi đã được chấp nhận!”

Bài viết đã giúp thúc đẩy sự quan tâm đến CRISPR lên tầm cao hơn. Jillian Banfield, nhà sinh vật học ở Berkeley, người đã chiêu mộ Doudna tại Free Speech Movement Café, ngay lập tức gọi điện cho Barrangou.

Họ quyết định làm điều mà những người tiên phong trong các lĩnh vực mới nổi thường làm: bắt đầu một hội nghị thường niên. Lần đầu tiên, được tổ chức bởi Banfield và Blake Wiedenheft, vào cuối tháng 7 năm 2008 tại Hội trường Stanley của Berkeley, nơi có phòng thí nghiệm của Doudna. Chỉ có 35 người tham dự, trong đó có Francisco Mojica, người đến từ Tây Ban Nha để làm diễn giả chính.

Sự hợp tác từ xa rất hữu ích trong khoa học – và đặc biệt là trong lĩnh vực CRISPR, như Barrangou và Horvath đã chỉ ra. […]

Năm diễn ra hội nghị khai mạc đã tạo ra một bước tiến lớn. Luciano Marraffini và cố vấn Erik Sontheimer của Đại học Northwestern ở Chicago đã chỉ ra rằng mục tiêu của hệ thống CRISPR là DNA. Nói cách khác, CRISPR không hoạt động thông qua Can thiệp RNA, vốn là sự đồng thuận chung khi Banfield lần đầu tiên tiếp cận Doudna. Thay vào đó, hệ thống CRISPR nhắm mục tiêu vào DNA của virus xâm nhập.

Điều đó ám chỉ một thứ gây sửng sốt. Như Marraffini và Sontheimer đã nhận ra, nếu hệ thống CRISPR nhằm vào DNA của virus, thì nó có thể được biến thành một công cụ chỉnh sửa gen. Phát hiện đã khơi dậy một mức độ quan tâm mới đối với CRISPR trên khắp thế giới. Sontheimer nói: “Nó dẫn đến ý tưởng rằng CRISPR về cơ bản có thể thay đổi hoàn toàn. Nếu nó có thể nhắm mục tiêu và cắt DNA, nó sẽ cho phép bạn khắc phục nguyên nhân của các vấn đề di truyền”.