How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

المترجم: AFRAA ALZOUBI المدقّق: Nada Qanbar

From the smallest single-celled organism

من أصغر كائنٍ وحيد الخليّة

to the largest creatures on earth,

إلى أكبر المخلوقات على وجه الأرض،

every living thing is defined by its genes.

فإنّ كل كائن حيّ يُعرّف بمورثاّته.

The DNA contained in our genes acts like an instruction manual for our cells.

يعمل الحمض النوّويّ الموجود في مورّثاتنا كمرجع التعليمات لخلايانا.

Four building blocks called bases are strung together in precise sequences,

هناك أربع وحدات بناء تدعى قواعد تنتظم مع بعضها البعض في سلاسل دقيقة،

which tell the cell how to behave

والتي ترشد الخليّة إلى كيفية التصرّف

and form the basis for our every trait.

كما وأنّها تشكّل الأساس الذي تقوم عليه كلّ صفة وراثيّة.

But with recent advancements in gene editing tools,

لكن ومع آخر التطورات في التعديل على الجينات،

scientists can change an organism’s fundamental features in record time.

يستطيع العلماء تغيير مواصفاتٍ أساسيّةٍ في الكائنات الحيّة خلال وقتٍ قياسيّ.

They can engineer drought-resistant crops

فهم يستطيعون الحصول على محاصيل مقاومة للجفاف،

and create apples that don’t brown.

أو الحصول على تفاحات غير قابلة للتأكسد.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

وهم يستطيعون أيضًا منع انتشار الأوبئة،

and develop cures for genetic diseases.

وتطوير علاجات ضدّ الأمراض الوراثيّة.

CRISPR is the fastest, easiest, and cheapest of the gene editing tools

يُعتبر كريسبر أسرع، وأسهل، وأرخص أداة تُستخدم في التعديل على الجينات

responsible for this new wave of science.

وهو مسؤول عن هذه الموجة العلميّة الجديدة.

But where did this medical marvel come from?

ولكن من أين جاءت هذه المعجزة الدوائيّة؟

How does it work?

كيف تعمل؟

And what can it do?

وماذا تستطيع أن تفعل؟

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

مما يثير للدهشة، أنّ كريسبر هو فعليًّا عمليّة طبيعيّة

that’s long functioned as a bacterial immune system.

والذي عمل لوقتٍ طويلٍ كجهازٍ مناعيٍّ بكتيريّ.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

فقد وُجِد في الأصل أنّه يدافع عن وحيدات الخليّة البكتيريّة والعتيقة

against invading viruses,

ضدَّ ما يهاجمها من فيروسات،

naturally occurring CRISPR uses two main components.

يستخدم كريسبر الموجود في الطبيعة مكونين أساسيّين.

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

الأوّل هو عبارة عن قطع قصيرة من سلاسل متكرّرة من الحمض النوّويّ

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

والتي تُدعى "التكرارات العنقوديّة المتناظرة القصيرة منتظمة التباعد،"

or simply, CRISPRs.

أو ببساطة، كريسبر.

The second are Cas,

أمّا الثاني فهو كاس،

or “CRISPR-associated” proteins

أو "البروتينات المقترنة بكريسبر"

which chop up DNA like molecular scissors.

والتي تقوم بقصّ الحمض النوّويّ كمِقصّات جزيئيّة.

When a virus invades a bacterium,

عندما يقوم فيروسٌ بمهاجمة خليّةٍ بكتيريْة،

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

تقوم بروتينات كاس بقصِّ قطعةٍ من الحمض النوّويّ الفيروسيّ

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

لإدراجه في منطقة كريسبر في الخليّة البكتيريّة،

capturing a chemical snapshot of the infection.

من أجل التقاط صورة كيميائيّة عن التعفّن.

Those viral codes are then copied into short pieces of RNA.

تُنسَخ هذه الشيفرات الفيروسيّة على شكل قطع قصيرة من الحمض النووّي الريبوزي.

This molecule plays many roles in our cells,

يلعب هذا الجزيء عدّة أدوار في خلايانا،

but in the case of CRISPR,

ولكن في حالة كريسبر،

RNA binds to a special protein called Cas9.

فإنّ الحمض النوّويّ الريبوزيّ يرتبط مع بروتين خاص يُدعَى كاس 9.

The resulting complexes act like scouts,

تعمل المركبات الناتجة ككشّافات،

latching onto free-floating genetic material

فتقوم بالتقاط المواد الوراثيّة السابحة في الخليّة

and searching for a match to the virus.

لتبحث لها عن نظير في المادة الوراثيّة الخاصّة بالفيروس.

If the virus invades again, the scout complex recognizes it immediately,

فإذا قام الفيروس بالمهاجمة من جديد ستتعرّف المركبات الكشّافة عليه مباشرةً،

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

وتقوم بروتينات كاس 9 بتدمير حمض النوّويّ الفيروسيّ.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

تمتلك الكثير من البكتيريا هذا النوع من آليّات الدفاع.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

ولكن في سنة 2012، اكتشف العلماء كيفيّة الحصول على كريسبر

to target not just viral DNA,

ليس فقط لمهاجمة الحمض النوّويّ الفيروسيّ،

but any DNA in almost any organism.

ولكن لاستهداف أيّ حمضٍ نوّويّ في أيّ كائنٍ حيٍّ تقريبًا.

With the right tools,

بالأدوات المناسبة،

this viral immune system becomes a precise gene-editing tool,

يصبح هذا الجهاز المناعيّ الفيروسيّ أداةً دقيقةً للتعديل على المورّثات،

which can alter DNA and change specific genes

والتي تستطيع التعديل على الحمض النووي وإجراء تغييرات على مورثات معيّنة

almost as easily as fixing a typo.

ويتمّ ذلك بسهولة تصحيح الخطأ الإملائيّ.

Here’s how it works in the lab:

هكذا تكون كيفيّة عمله في المختبر:

scientists design a “guide” RNA to match the gene they want to edit,

يقوم العلماء بتصميم حمض نوّويّ ريبوزيّ "دليل" نظير للمورّثة المراد التعديل عليها،

and attach it to Cas9.

وربطه بالبروتين كاس 9.

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

مثل الحمض النوّوي الريبوزيّ الفيروسيّ في جهاز كريسبر المناعيّ،

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

يرشد الحمض النوّويّ الريبوزيّ الدليل بروتين كاس 9 إلى المورّثة المستهدفة،

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

وتقوم مقصّات البروتين الجزيئيّة بقصّ الحمض النوّويّ.

This is the key to CRISPR’s power:

وهذا هو المفتاح لقدرة كريسبر:

just by injecting Cas9 bound to a short piece of custom guide RNA

عن طريق حقن بروتين كاس 9 المرتبط بقطعة قصيرة من الحمض النوّويّ الريبوزيّ المرشد

scientists can edit practically any gene in the genome.

يستطيع العلماء عمليًّا التعديل على أيّ مورّثة في الجينوم البشريّ.

Once the DNA is cut,

بمجرّد أن يُقَصّ الحمض النوّويّ،

the cell will try to repair it.

ستحاول الخليّة إصلاحه.

Typically, proteins called nucleases

إجمالًا، فإنّ البروتينات المدعوّة بالنيوكلاز

trim the broken ends and join them back together.

تقوم بقصّ النهايات المتكسّرة ولصقها مع بعضها البعض من جديد.

But this type of repair process,

لكن هذا النوع من عمليّات الإصلاح،

called nonhomologous end joining,

والذي يُدعى بربط النهايات غير المتجانس،

is prone to mistakes

يُعتبَر عرضةً للأخطاء

and can lead to extra or missing bases.

وقد يؤدّي إلى فقدان أو زيادة في القواعد.

The resulting gene is often unusable and turned off.

وبالغالب فإنّ الموّرثة الناتجة قد لا تُستخدم أو قد تُطفَئ.

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

لكن، إذا استطاع العلماء إضافة سلسلة جديدة منفصلة من قالب الحمض النوّويّ

to their CRISPR cocktail,

إلى خليط كريسبر،

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

ستستطيع البروتينات الخلويّة القيام بعمليّة مختلفة لإصلاح الحمض النوّويّ،

called homology directed repair.

تُدعى تناظر الإصلاح الموجَّه.

This template DNA is used as a blueprint to guide the rebuilding process,

يُستخدم قالب الحمض النوّويّ كمخطط لإرشاد عمليّة إعادة البناء،

repairing a defective gene

أو تصحيح المورّثات المشوبة،

or even inserting a completely new one.

أو حتّى إدخال مورّثة جديدة كليًّا.

The ability to fix DNA errors

إنّ القدرة على تصحيح أخطاء الحمض النوّويّ

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

تعني أنّه قد يكون بإمكان كريسبر استحداث معالجات جديدة للأمراض

linked to specific genetic errors, like cystic fibrosis or sickle cell anemia.

الناجمة عن أخطاء وراثيّة معيّنة، مثل التليّف الكيسي وفقر الدمّ المنجليّ.

And since it’s not limited to humans,

وبما أنّه لا يقتصر على البشر فحسب،

the applications are almost endless.

فإنّ تطبيقاته لا تُعدّ ولا تُحصى.

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

قد يستطيع كريسبر إنتاج نباتات تعطي محصولًا وافرًا من الثمار،

mosquitoes that can’t transmit malaria,

أو بعوضاتٍ غير قادرةٍ على نقل الملاريا،

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

أوحتى إعادة برمجة الخلايا السرطانيّة المقاومة للأدوية.

It’s also a powerful tool for studying the genome,

وهو أداة قويّة لدراسة الجينات،

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

حيث يسمح للعلماء مشاهدة ما يحصل عندما تُطفئ المورّثات

or changed within an organism.

أو تتغيّر داخل الكائن الحيّ.

CRISPR isn’t perfect yet.

إلّا أنّ كريسبر ليس مثاليًّا بعد.

It doesn’t always make just the intended changes,

فهو لا يقوم دائمًا بالتعديلات المطلوبة فقط،

and since it’s difficult to predict the long-term implications of a CRISPR edit,

وبما أنّه من الصعب التنبؤ بنتائج التعديل طويلة الأمد الذي يقوم به كريسبر،

this technology raises big ethical questions.

فإنّ هذه التقنيّة تثير تساؤلات أخلاقيّة كبيرة.

It’s up to us to decide the best course forward

لذا فالأمر يعود لنا لنقرّر  أفضل مسار للمضيّ قدمًا

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

حيث يتجّه كريسبر من الكائنات وحيدات الخليّة

and heads into labs, farms, hospitals,

إلى المختبرات، والمزارع، والمستشفيات،

and organisms around the world.

وكائنات أخرى حيّة حول العالم.