How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

Μετάφραση: Irini Basdani Επιμέλεια: Chryssa R. Takahashi

From the smallest single-celled organism

Από τον μικρότερο μονοκύτταρο οργανισμό

to the largest creatures on earth,

μέχρι τα μεγαλύτερα πλάσματα της γης,

every living thing is defined by its genes.

κάθε έμβιο ον καθορίζεται από τα γονίδιά του.

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

Το DNA των γονιδίων μας δρα σαν εγχειρίδιο οδηγιών για τα κύτταρά μας.

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

Τέσσερα δομικά στοιχεία που ονομάζονται βάσεις

ενώνονται σε συγκεκριμένες ακολουθίες,

which tell the cell how to behave

που λένε στο κύτταρο πώς να συμπεριφερθεί

and form the basis for our every trait.

και να φτιάξει τη βάση κάθε μας χαρακτηριστικού.

But with recent advancements in gene editing tools,

Αλλά με τις πρόσφατες εξελίξεις των εργαλείων επεξεργασίας γονιδίων,

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

οι επιστήμονες μπορούν να αλλάξουν

τα βασικά γνωρίσματα ενός οργανισμού σε χρόνο ρεκόρ.

They can engineer drought-resistant crops

Μπορούν να κατασκευάσουν καλλιέργειες ανθεκτικές στην ξηρασία.

and create apples that don’t brown.

και να δημιουργήσουν μήλα που δε μαυρίζουν.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

Μπορούν ακόμη και να αποτρέψουν την εξάπλωση μολυσματικών επιδημιών

and develop cures for genetic diseases.

και να αναπτύξουν θεραπείες για γενετικές ασθένειες.

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

Το CRISPR είναι το πιο γρήγορο, εύκολο και φθηνό εργαλείο επεξεργασίας γονιδίων

responsible for this new wave of science.

υπεύθυνο γι' αυτό το νέο κύμα της επιστήμης.

But where did this medical marvel come from?

Αλλά από πού προήλθε αυτό το ιατρικό θαύμα;

How does it work?

Πώς λειτουργεί;

And what can it do?

Και τι μπορεί να κάνει;

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

Παραδόξως, το CRISPR αποτελεί μια φυσική διαδικασία

that’s long functioned as a bacterial immune system.

που λειτουργούσε εδώ και πολύ καιρό ως βακτηριακό ανοσοποιητικό σύστημα.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

Αρχικά βρέθηκε να προστατεύει μονοκύτταρα βακτήρια και αρχαία

against invading viruses,

εναντίον ιών-εισβολέων,

naturally occurring CRISPR uses two main components.

Το φυσικά υπάρχον CRISPR χρησιμοποιεί δύο κύρια συστατικά.

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

Τo πρώτo είναι σύντομα τμήματα από επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες DNA

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

ονόματι «σύμπλεγμα μικρών παλινδρομικών αλληλουχιών τακτικής χωροκατανομής»,

or simply, CRISPRs.

ή απλά, CRISPRs

The second are Cas,

Το δεύτερο είναι οι Cas,

or “CRISPR-associated” proteins

ή αλλιώς «CRISPR-συνδεόμενες» πρωτεΐνες

which chop up DNA like molecular scissors.

οι οποίες κόβουν το DNA σαν μοριακά ψαλίδια.

When a virus invades a bacterium,

Όταν ένας ιός εισβάλλει σε ένα βακτήριο,

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

οι πρωτεΐνες Cas κόβουν ένα τμήμα του ιικού DNA

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

για να το συρράψουν στη βακτηριακή CRISPR περιοχή,

capturing a chemical snapshot of the infection.

καταγράφοντας ένα χημικό στιγμιότυπο της λοίμωξης.

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

Αυτοί οι ιικοί κώδικες αντιγράφονται σε μικρά κομμάτια RNA.

This molecule plays many roles in our cells,

Αυτό το μόριο παίζει πολλούς ρόλους στα κύτταρά μας,

but in the case of CRISPR,

αλλά στην περίπτωση του CRISPR,

RNA binds to a special protein called Cas9.

το RNA δένεται σε μια ιδιαίτερη πρωτεΐνη που ονομάζεται Cas9.

The resulting complexes act like scouts,

Τα προκύπτοντα σύμπλοκα δρουν σαν ανιχνευτές,

latching onto free-floating genetic material

που προσκολλώνται στο αιώρημα γενετικού υλικού

and searching for a match to the virus.

και αναζητούν μια αντιστοίχιση με τον ιό.

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

Αν ο ιός ξαναεισβάλλει, το σύμπλοκο ανιχνευτών τον αναγνωρίζει αμέσως,

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

και η Cas9 καταστρέφει γρήγορα το ιικό DNA.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

Πολλά βακτήρια έχουν τέτοιο μηχανισμό άμυνας.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

Αλλά το 2012, οι επιστήμονες κατάλαβαν πώς να κλέψουν το CRISPR

to target not just viral DNA,

ώστε να στοχοποιήσουν όχι μόνο ιικό DNA,

but any DNA in almost any organism.

αλλά κάθε DNA σχεδόν κάθε οργανισμού.

With the right tools,

Με τα σωστά εργαλεία, αυτό το ιικό ανοσολογικό σύστημα

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

γίνεται ένα ακριβές εργαλείο γονιδιακής επεξεργασίας

which can alter DNA and change specific genes

που μπορεί να τροποποιήσει το DNA και ν' αλλάξει συγκεκριμένα γονίδια

almost as easily as fixing a typo.

σχεδόν το ίδιο εύκολα με τη διόρθωση ενός τυπογραφικού λάθους.

Here’s how it works in the lab:

Να πώς λειτουργεί μες στο εργαστήριο:

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

οι επιστήμονες σχεδιάζουν έναν «οδηγό» RNA αντίστοιχο με το γονίδιο που θέλουν

and attach it to Cas9.

να επεξεργαστούν, και το επισυνάπτουν στη Cas9.

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

Όπως το ιικό RNA στο ανοσολογικό σύστημα CRISPR,

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

ο οδηγός RNA κατευθύνει τη Cas9 στο γονίδιο στόχο,

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

και το μοριακό ψαλίδι της πρωτεΐνης κόβει το DNA.

This is the key to CRISPR’s power:

Αυτό είναι το κλειδί της δύναμης του CRISPR:

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

απλώς προσθέτοντας Cas9

η οποία είναι δεσμευμένη σε βραχύ κομμάτι προσαρμοσμένου οδηγού RNA

scientists can edit practically any gene in the genome.

οι επιστήμονες μπορούν να επεξεργαστούν πρακτικά κάθε γονίδιο του γονιδιώματος.

Once the DNA is cut,

Μόλις το DNA κοπεί, το κύτταρο θα προσπαθήσει να το επιδιορθώσει.

the cell will try to repair it.

Typically, proteins called nucleases

Κατά κανόνα, πρωτεΐνες που ονομάζονται νουκλεάσες

trim the broken ends and join them back together.

περικόπτουν τα σπασμένα άκρα και τα ξανασυνδέουν.

But this type of repair process,

Αλλά αυτή η διαδικασία διόρθωσης,

called nonhomologous end joining,

ένωση μη ομόλογων άκρων,

is prone to mistakes

είναι επιρρεπής σε λάθη

and can lead to extra or missing bases.

και μπορεί να οδηγήσει σε επιπλέον ή χαμένες βάσεις,

The resulting gene is often unusable and turned off.

Το προκύπτον γονίδιο είναι συχνά μη χρησιμοποιήσιμο κι ανενεργό.

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

Ωστόσο, εάν οι επιστήμονες προσθέσουν μια ξεχωριστή ακολουθία δείγματος DNA

to their CRISPR cocktail,

στο CRISPR κοκτέιλ τους,

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

οι κυτταρικές πρωτεΐνες μπορούν να εκτελέσουν

μια διαφορετική διαδικασία επισκευής DNA,

called homology directed repair.

που ονομάζεται επισκευή κατευθυνόμενη με ομολογία.

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

Το δείγμα DNA χρησιμοποιείται ως προσχέδιο καθοδήγησης της διαδικασίας αναδόμησης,

repairing a defective gene

επιδιορθώνοντας ένα ελαττωματικό γονίδιο

or even inserting a completely new one.

ή ακόμα και εισάγοντας ένα εντελώς καινούριο.

The ability to fix DNA errors

Η ικανότητα διόρθωσης λαθών του DNA

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

σημαίνει ότι το CRISPR θα μπορούσε ενδεχομένως

να δημιουργήσει νέες θεραπείες για ασθένειες

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

που συνδέονται με συγκεκριμένα γενετικά λάθη,

όπως η κυστική ίνωση ή η δρεπανοκυτταρική αναιμία.

And since it’s not limited to humans,

Κι αφού δε περιορίζεται στους ανθρώπους,

the applications are almost endless.

οι εφαρμογές είναι σχεδόν ατελείωτες.

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

Το CRISPR θα μπορούσε να δημιουργήσει φυτά που παράγουν μεγαλύτερα φρούτα,

mosquitoes that can’t transmit malaria,

κουνούπια που δε μπορούν να μεταδώσουν ελονοσία,

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

ή να αναπρογραμματίσει καρκινικά κύτταρα που είναι ανθεκτικά στα φάρμακα.

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

Είναι επίσης ένα ισχυρό εργαλείο μελέτης του γονιδιώματος,

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

επιτρέποντας στους επιστήμονες να παρατηρούν τι συμβαίνει

or changed within an organism.

όταν τα γονίδια είναι απενεργοποιημένα ή τροποποιημένα σε έναν οργανισμό.

CRISPR isn’t perfect yet.

Το CRISPR δεν είναι ακόμα τέλειο.

It doesn’t always make just the intended changes,

Δεν κάνει πάντα μόνο τις προβλεπόμενες αλλαγές,

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

κι επειδή είναι δύσκολο να προβλέψουμε

τις μακροπρόθεσμες επιπτώσεις μιας επεξεργασίας CRISPR,

this technology raises big ethical questions.

αυτή η τεχνολογία εγείρει μεγάλα ηθικά ερωτήματα.

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

Εναπόκειται σε εμάς να αποφασίσουμε την καλύτερη πορεία

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

καθώς το CRISPR αφήνει τους μονοκύτταρους οργανισμούς πίσω

and heads into labs, farms, hospitals,

και κατευθύνεται σε εργαστήρια, αγροκτήματα, νοσοκομεία,

and organisms around the world.

και οργανισμούς σε όλο τον κόσμο.