How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

Übersetzung: Natalie Solbach Lektorat: Sonja Maria Neef

From the smallest single-celled organism

Vom kleinsten einzelligen Organismus

to the largest creatures on earth,

bis zur größten Kreatur auf Erden

every living thing is defined by its genes.

wird jedes lebende Subjekt von seinen Genen bestimmt.

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

Die DNS in unseren Genen ist wie eine Gebrauchsanweisung für unsere Zellen.

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

Vier Bausteine, genannt Basen, sind zu Sequenzen verknüpft,

which tell the cell how to behave

die der Zelle mitteilen, wie sie sich verhalten soll,

and form the basis for our every trait.

und die Basis jeder unserer Eigenschaften bilden.

But with recent advancements in gene editing tools,

Aber dank der aktuellen Fortschritte bei Genbearbeitungswerkzeugen

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

können Forscher grundlegende Eigenschaften eines Organismus in Rekordzeit verändern.

They can engineer drought-resistant crops

Sie können dürreresistente Getreide entwickeln

and create apples that don’t brown.

und Äpfel erschaffen, die nicht braun werden.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

Vielleicht könnten sie sogar die Ausbreitung von Infektionen verhindern

and develop cures for genetic diseases.

und Heilmittel für genetisch bedingte Krankheiten entwickeln.

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

CRISPR ist das schnellste, einfachste und günstigste der Gen-Editierwerkzeuge,

responsible for this new wave of science.

die für diese neue Welle der Forschung verantwortlich sind.

But where did this medical marvel come from?

Aber woher stammt dieses medizinische Wunder?

How does it work?

Wie funktioniert es?

And what can it do?

Und was kann es?

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

Überraschenderweise handelt es sich bei CRISPR um einen natürlichen Prozess,

that’s long functioned as a bacterial immune system.

der schon lange als bakterielles Immunsystem fungiert.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

Ursprünglich entdeckt, wie es einzellige Bakterien und Archaeen

against invading viruses,

gegen eindringende Viren verteidigte,

naturally occurring CRISPR uses two main components.

nutzt natürlich auftretendes CRISPR zwei Hauptkomponenten.

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

Die erste sind kurze Ausschnitte sich wiederholender DNS-Sequenzen,

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

genannt „clustered regularly interspaced short palindromic repeats“

or simply, CRISPRs.

oder einfach CRISPRs.

The second are Cas,

Die zweite sind Cas

or “CRISPR-associated” proteins

oder auch „CRISPR-assoziierte“ Proteine,

which chop up DNA like molecular scissors.

die DNS auftrennen wie molekulare Scheren.

When a virus invades a bacterium,

Wenn ein Virus in ein Bakterium eindringt,

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

schneiden Cas-Proteine ein Segment der viralen DNS heraus,

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

um es in die CRISPR-Region des Bakteriums einzunähen

capturing a chemical snapshot of the infection.

und einen chemischen Schnappschuss der Infektion aufzunehmen.

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

Diese viralen Codes werden dann in kleine Stücke RNS kopiert.

This molecule plays many roles in our cells,

Dieses Molekül spielt viele Rollen innerhalb unserer Zellen,

but in the case of CRISPR,

aber im Fall von CRISPR

RNA binds to a special protein called Cas9.

bindet die RNS ein Protein namens Cas9.

The resulting complexes act like scouts,

Die daraus entstehenden Komplexe verhalten sich wie Kundschafter,

latching onto free-floating genetic material

die sich mit freischwebendem genetischen Material verknüpfen

and searching for a match to the virus.

und nach einem Gegenstück zu dem Virus suchen.

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

Wenn das Virus nochmal eindringt, erkennt der Kundschafter-Komplex es sofort

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

und Cas9 zerstört die virale DNS umgehend.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

Viele Bakterien besitzen diese Art von Verteidigungsmechanismus.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

Aber 2012 fanden Forscher heraus, wie man CRISPR kapert,

to target not just viral DNA,

um nicht nur virale DNS,

but any DNA in almost any organism.

sondern die DNS beinah jedes Organismus ins Visier zu nehmen.

With the right tools,

Mit den richtigen Hilfsmitteln

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

wird dieses virale Immunsystem zu einem präzisen Genbearbeitungswerkzeug,

which can alter DNA and change specific genes

das DNS und bestimmte Gene beinah so einfach verändern kann,

almost as easily as fixing a typo.

als korrigiere es Tippfehler.

Here’s how it works in the lab:

So funktioniert das im Labor:

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

Forscher entwickeln eine "Führungs"-RNS, die zu dem zu verändernden Gen passt,

and attach it to Cas9.

und binden sie an Cas9.

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

Wie die virale RNS im CRISPR-Immunsystem

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

leitet die Führungs-RNS Cas9 zum Ziel-Gen

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

und die molekularen Scheren des Proteins durchtrennen die DNS.

This is the key to CRISPR’s power:

Das ist der Schlüssel zu CRISPRs Macht:

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

Indem sie einfach Cas9 injizieren, das an ein kurzes Stück

maßgefertigter Führungs-RNS gebunden ist,

scientists can edit practically any gene in the genome.

können Forscher quasi jedes Gen des Genoms verändern.

Once the DNA is cut,

Ist die DNS einmal durchtrennt,

the cell will try to repair it.

versucht die Zelle, sie zu reparieren.

Typically, proteins called nucleases

Üblicherweise trimmen Proteine namens Nukleasen

trim the broken ends and join them back together.

die kaputten Enden und fügen sie wieder zusammen.

But this type of repair process,

Diese Art von Reparaturprozess,

called nonhomologous end joining,

genannt nicht-homologe Endverknüpfung,

is prone to mistakes

ist allerdings fehleranfällig

and can lead to extra or missing bases.

und kann zu überflüssigen oder fehlenden Basen führen.

The resulting gene is often unusable and turned off.

Das daraus resultierende Gen ist oft unbrauchbar und wird ausgeschaltet.

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

Wenn Forscher ihrem CRISPR-Cocktail jedoch

to their CRISPR cocktail,

eine separate Sequenz Vorlagen-DNS hinzufügen,

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

können die Zellproteine einen anderen DNS-Reparaturprozess durchführen,

called homology directed repair.

der sich homologiegesteuert nennt.

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

Die Vorlagen-DNS dient als Blaupause, um den Reparaturprozess zu steuern

repairing a defective gene

und ein defektes Gen zu reparieren

or even inserting a completely new one.

oder sogar ein ganz neues einzufügen.

The ability to fix DNA errors

Die Fähigkeit, DNS-Fehler zu beheben, bedeutet, dass CRISPR potentiell

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

neue Behandlungsmethoden für Krankheiten schaffen kann,

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

die mit genetischen Fehlern zusammenhängen,

etwa zystische Fibrose oder Sichelzellanämie.

And since it’s not limited to humans,

Und da dieser Prozess nicht auf Menschen beschränkt ist,

the applications are almost endless.

sind die Möglichkeiten der Anwendung nahezu endlos.

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

CRISPR könnte Pflanzen erschaffen, die größere Früchte tragen,

mosquitoes that can’t transmit malaria,

Moskitos, die keine Malaria übertragen,

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

oder sogar medikamenten-resistente Krebszellen umprogrammieren.

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

Es ist auch ein machtvolles Werkzeug, um das Genom zu erforschen,

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

indem es Forschern erlaubt zu beobachten, was passiert, wenn Gene ausgeschaltet

or changed within an organism.

oder in einem Organismus verändert werden.

CRISPR isn’t perfect yet.

CRISPR ist noch nicht vollkommen.

It doesn’t always make just the intended changes,

Es führt nicht immer die beabsichtigten Änderungen aus

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

Und da es schwer ist, die Langzeitfolgen einer CRISPR-Veränderung vorherzusagen

this technology raises big ethical questions.

wirft diese Technologie bedeutende ethische Fragen auf.

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

Es ist an uns, den besten Weg voran zu bestimmen

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

während CRISPR Einzeller hinter sich lässt

and heads into labs, farms, hospitals,

und in Laboren, Gewerben,

and organisms around the world.

Krankenhäusern und Organismen auf der ganzen Welt Einzug hält.