How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

Translator: Kowsar Danesh Reviewer: Leila Ataei

From the smallest single-celled organism

از کوچکترین موجود تک سلولی

to the largest creatures on earth,

تا بزرگترین موجودات روی کره زمین،

every living thing is defined by its genes.

هر چیز زنده ای با ژن هایش تعریف می شود.

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

DNA که در ژن ما است مثل دفترچه راهنما برای سلول ها عمل می کند.

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

چهار واحد سازنده که" باز" نام دارند در توالی های دقیقی مرتب شده اند،

which tell the cell how to behave

به سلول می گویند چگونه عمل کند

and form the basis for our every trait.

و اساس هر یک از ویژگیهای ما را می سازند.

But with recent advancements in gene editing tools,

اما با پیشرفتهای اخیر در ابزارهای ویرایش ژن

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

دانشمندان می توانند ویژگیهای پایه یک ارگانیسم را در کمترین زمان تغییر دهند.

They can engineer drought-resistant crops

آنها می توانند محصولات مقاوم به خشک سالی را مهندسی کنند

and create apples that don’t brown.

و سیب هایی بسازند که تیره نمی شوند.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

ممکن است حتی بتوانند از شیوع یک عفونت جلوگیری کنند

and develop cures for genetic diseases.

و درمان هایی برای بیماری های ژنتیکی فراهم کنند.

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

CRISPR سریعترین، آسانترین و ارزانترین ابزار ویرایش ژن هست

responsible for this new wave of science.

که باعث ایجاد موج جدیدی از علم شده است.

But where did this medical marvel come from?

اما این اعجوبه پزشکی از کجا آمده؟

How does it work?

چگونه کار می کند؟

And what can it do?

و چه کارهایی می تواند انجام دهد؟

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

جالب است که CRISPR یک فرایند طبیعی است

that’s long functioned as a bacterial immune system.

که مدت طولانی به عنوان سیستم ایمنی باکتریایی عمل کرده است.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

اساسا، به عنوان مدافع باکتری های تک سلولی و آرکی باکتری ها

against invading viruses,

در مقابل ویروس های مهاجم عمل می کند.

naturally occurring CRISPR uses two main components.

به طور طبیعی CRISPR از دو قسمت تشکیل شده:

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

قسمت اول قسمتهای کوچکی از توالیهای تکرار شونده ی DNA است

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

که "تناوب هایِ کوتاهِ پالیندرومِ فاصلهدارِ منظمِ خوشه ای"

or simply, CRISPRs.

یا به شکل ساده تر CRISPR نامیده می شود.

The second are Cas,

قسمت دوم Cas یا CRISPR associated protein

or “CRISPR-associated” proteins

یا پروتئین همراه CRISPR نام دارد

which chop up DNA like molecular scissors.

که DNA را همانند قیچی مولکولی می برد.

When a virus invades a bacterium,

زمانی که ویروس به باکتری حمله می کند،

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

پروتئین Cas قسمتی از DNA ویروس را می برد

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

تا به منطقه ی CRISPR در DNA ی باکتری بخیه بزند

capturing a chemical snapshot of the infection.

تا تصویری شیمیایی از عفونت ایجاد کند.

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

و بعد، آن کدهای ویروسی به تکه های کوچکی از RNA رونویسی می شوند.

This molecule plays many roles in our cells,

RNA نقش های مختلفی در سلول های ما دارد

but in the case of CRISPR,

اما درمورد CRISPR

RNA binds to a special protein called Cas9.

RNA به یک پروتئین مخصوص به نام Cas9 وصل می شود.

The resulting complexes act like scouts,

کمپلکس حاصل شبیه یک دیده بان عمل می کند

latching onto free-floating genetic material

که به مواد ژنتیکی آزاد و معلق می چسبد

and searching for a match to the virus.

و برای وجود مشابهت با ویروس جست و جو می کند.

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

اگر ویروس دوباره حمله کند، کمپلکس دیده بان فورا آن را شناسایی می کند

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

و Cas9 سریعا DNA ویروس را از بین می برد.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

باکتری های زیادی دارای این نوع از سیستم ایمنی هستند.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

اما در۲۰۱۲ دانشمندان متوجه شدند چطور از CRISPR استفاده کنند تا

to target not just viral DNA,

تنها DNA ویروسی را مورد هدف قرار ندهد

but any DNA in almost any organism.

بلکه هر DNA ای در تقریبا هر ارگانیسمی هدف آن باشد.

With the right tools,

با ابزارهای درست،

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

این سیستم ایمنی ویروسی یک ابزار تغییر ژن با ارزش می شود

which can alter DNA and change specific genes

که می تواند DNA را عوض کند و ژن های مشخصی را تغییر دهد؛

almost as easily as fixing a typo.

به آسانی درست کردنِ یک غلط تایپی.

Here’s how it works in the lab:

این، نحوه ی کار آن در آزمایشگاه است:

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

دانشمندانRNA راهنمایی طراحی می کنند که مکمل ژنی باشد که می خواهند ویرایش کنند

and attach it to Cas9.

و آن را به Cas9 متصل می کنند.

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

مثل DNA ویروسی در سیستم ایمنی CRISPR،

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

RNA راهنما ،Cas9 را به سمت ژن مورد نظر راهنمایی می کند،

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

و قیچی های مولکولی از جنس پروتئین DNA را برش می دهند.

This is the key to CRISPR’s power:

این کلید قدرت CRISPR هست:

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

با اتصال Cas9 به یک قطعه کوتاه RNA راهنما دلخواه،

scientists can edit practically any gene in the genome.

دانشمندان می توانند در عمل هر ژنی در ژنوم را ویرایش کنند.

Once the DNA is cut,

زمانی که DNA بریده شد،

the cell will try to repair it.

سلول تلاش می کند آن را تعمیر کند.

Typically, proteins called nucleases

معمولا، پروتئین هایی که نوکلئاز نام دارند

trim the broken ends and join them back together.

انتهای شکسته را اصلاح می کنند و آن ها رابه هم متصل می کنند.

But this type of repair process,

اما این فرایند اصلاح،

called nonhomologous end joining,

که اتصال انتهاهای غیرهمولوگ نام دارد

is prone to mistakes

مستعد خطاست

and can lead to extra or missing bases.

و می تواند باعث از دست رفتن برخی بازها یا اضافه شدن بازهای اضافی شود.

The resulting gene is often unusable and turned off.

ژن حاصل از تعمیر، معمولا غیر قابل استفاده است و خاموش می شود

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

اما اگر دانشمندان قطعه ی DNA دیگری به عنوان الگو

to their CRISPR cocktail,

به مخلوط CRISPR اضافه کنند

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

پروتئین های سلولی می توانند فرایند تعمیر DNA متفاوتی را شروع کنند

called homology directed repair.

که ترمیم هدایت یافته با همولوگ نام دارد.

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

DNA الگو می تواند به عنوان یک برنامه برای فرایند بازطراحی استفاده شود

repairing a defective gene

تا ژن معیوب ترمیم شود

or even inserting a completely new one.

یا یک ژن کاملا جدید جایگزین شود.

The ability to fix DNA errors

توانایی اصلاح خطاهای DNA

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

به این معناست که CRISPR بالقوه می تواند درمانهای جدیدی برای بیماری هایی فراهم کند

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

که به خطاهای ژنتیکی مرتبط اند مثل سیستیک فیبروزیس یا کم خونی داسی شکل.

And since it’s not limited to humans,

و چون محدود به انسانها نیست

the applications are almost endless.

کاربرد آن تقریبا نامحدود است.

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

CRISPR می تواند گیاهانی ایجاد کند که میوه های بزرگ تری تولید می کنند

mosquitoes that can’t transmit malaria,

پشه هایی که نمی توانند مالاریا را منتقل کنند،

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

یا طراحی دوباره سلول های سرطانی که به دارو مقاوم شده اند.

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

همینطور ابزار قدرتمندی برای مطالعه ی ژنوم است،

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

که به دانشمندان اجازه ی دهد ببینند چه اتفاقی می افتد وقتی یک ژن

or changed within an organism.

خاموش می شود یا تغییر می کند.

CRISPR isn’t perfect yet.

CRISPR هنوز ایده آل نیست،

It doesn’t always make just the intended changes,

همیشه تغییر مورد نظر را ایجاد نمی کند.

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

و چون دشوار است پیامدهای طولانی مدت ویرایش با CRISPR را پیش بینی کرد،

this technology raises big ethical questions.

این تکنولوژی، سوالهای اخلاقی زیادی ایجاد می کند.

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

بستگی به ما دارد که بهترین مسیر پیش رو را انتخاب کنیم

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

زیرا که CRISPR تک سلولی ها را پشت سر می گذارد

and heads into labs, farms, hospitals,

و وارد آزمایشگاه ها، مزرعه ها،بیمارستان ها

and organisms around the world.

و ارگانیسم ها در سراسر جهان می شود.