How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

Oikolukija: Marja Oilinki

From the smallest single-celled organism

Pienimmistä yksisoluisista organismeista

to the largest creatures on earth,

suurimpiin eläviin olentoihin

every living thing is defined by its genes.

jokaista eliötä määrittävät sen geenit.

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

Geeniemme DNA on solujemme käyttämä ohjekirja.

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

Neljästä rakennuspalikasta muodostuvat jaksot

which tell the cell how to behave

kertovat solulle, mitä tehdä

and form the basis for our every trait.

ja muodostavat pohjan piirteillemme.

But with recent advancements in gene editing tools,

Geenitekniikan edistymisen tuomilla uusilla työkaluilla

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

tutkijat voivat nyt muuttaa eliön ominaisuuksia nopeasti.

They can engineer drought-resistant crops

He voivat suunnitella kuivuutta kestäviä lajeja

and create apples that don’t brown.

ja luoda omenia, jotka eivät tummu.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

He voivat jopa estää tartuntojen leviämistä

and develop cures for genetic diseases.

ja hoitaa perinnöllisiä tauteja.

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

CRISPR on nopein, helpoin ja halvin geenimuokkaustyökalu

responsible for this new wave of science.

ja se on edistänyt uusinta tutkimusta.

But where did this medical marvel come from?

Mutta mistä tämä lääketieteen ihme on tullut?

How does it work?

Kuinka se toimii?

And what can it do?

Ja mitä sillä voi tehdä?

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

Yllättäen CRISPR on itse asiassa luonnollinen prosessi,

that’s long functioned as a bacterial immune system.

joka on pitkään toiminut bakteerien immuunijärjestelmänä.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

Sen huomattiin alun perin puolustavan yksisoluisia eliöitä ja alkueläimiä

against invading viruses,

virusten hyökkäyksiä vastaan.

naturally occurring CRISPR uses two main components.

Luonnossa esiintyvä CRISPR käyttää kahta pääosaa.

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

Ensimmäisenä ovat lyhyet jaksot toistuvia DNA.jaksoja,

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

klustereina säännöllisesti esiintyviä lyhyitä palindromisia toistoja,

or simply, CRISPRs.

joista lyhenne CRISPR tulee.

The second are Cas,

Toisena tulee Cas eli

or “CRISPR-associated” proteins

CRISPR-assosioidut proteiinit,

which chop up DNA like molecular scissors.

jotka leikkaavat DNA:n molekyyleja kuin sakset.

Kun virus tunkeutuu bakteeriin,

When a virus invades a bacterium,

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

Cas-proteiinit leikkaavat pätkän viruksen DNA:ta

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

sijoittaakseen sen bakteerin CRISPR-alueelle

capturing a chemical snapshot of the infection.

jossa ne tekevät kemiallisen kuvan infektiosta.

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

Viruksen koodi kopioidaan sitten RNA-pätkiin.

This molecule plays many roles in our cells,

Tällä molekyylillä on monia rooleja soluissa,

but in the case of CRISPR,

mutta CRISPR:n kohdalla

RNA binds to a special protein called Cas9.

RNA sitoutuu erityiseen proteiiniin Cas9.

The resulting complexes act like scouts,

Tuloksena on yksiköitä, jotka tiedustelijan tavoin

latching onto free-floating genetic material

kiinnittyvät vapaana liikkuvaan geenimateriaaliin

and searching for a match to the virus.

etsien virusta vastaavaa koodia.

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

Jos virus iskee uudestaan, tiedustelija tunnistaa sen heti

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

ja Cas9 tuhoaa viruksen DNA:n.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

Monilla bakteereilla on tällainen puolustusmekanismi.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

Vuonna 2012 tutkijat keksivät, miten CRISPRin voi kaapata

to target not just viral DNA,

hyökkäämään ei vain viruksen DNA:ta

but any DNA in almost any organism.

vaan mitä tahansa DNA:ta vastaan.

With the right tools,

Oikeiden työkalujen avulla

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

virustorjuntasysteemistä tulee tarkka geenimuokkaustyökalu,

which can alter DNA and change specific genes

joka voi muuttaa DNA:ta ja vaihtaa tietyn geenin toiseksi

almost as easily as fixing a typo.

helposti ja nopeasti.

Here’s how it works in the lab:

Näin se toimii laboratoriossa:

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

tutkijat suunnittelevat RNA:lle ohjeen, jolla se tunnistaa muutettavan geenin;

and attach it to Cas9.

ja liittävät sen Cas9:ään.

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

Kuten viruksen DNA immuunijärjestelmässä

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

opas-RNA ohjaa Cas9:n kohdegeeniin

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

ja proteiinin molekyylisakset leikkaavat DNA:n.

This is the key to CRISPR’s power:

Tässä on CRISPR:n vahvuus:

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

muunneltuun opas-RNAhan sidotun Cas9-proteiinin avulla

scientists can edit practically any gene in the genome.

tutkijat voivat helposti muokata mitä tahansa geeniä.

Once the DNA is cut,

Kun DNA on leikattu irti,

the cell will try to repair it.

solu yrittää korjata sitä.

Typically, proteins called nucleases

Yleensä nukleaasi-nimiset entsyymit

trim the broken ends and join them back together.

korjaavat liitoskohtia ja yhdistävät päät jälleen.

But this type of repair process,

Tällaisessa korjausprosessissa,

called nonhomologous end joining,

jossa päät yhdistetään ilman mallia,

is prone to mistakes

tapahtuu virheitä

and can lead to extra or missing bases.

ja emäksiä voi tulla liikaa tai hävitä.

The resulting gene is often unusable and turned off.

Tuloksena on käyttökelvoton geeni, joka kytketään pois päältä.

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

Jos tutkijat kuitenkin lisäävät erilliset malli-DNA:n pätkän

to their CRISPR cocktail,

CRISPR-cocktailiinsa,

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

solun proteiinit voivat käyttää saamaansa

called homology directed repair.

mallia korjaamisen ohjaamiseen.

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

Malli-DNA toimii kaavana, joka ohjaa jälleenrakennusta

repairing a defective gene

viallisen geenin korjaamiseksi

or even inserting a completely new one.

tai kokonaan uuden geenin syöttämiseksi.

The ability to fix DNA errors

DNA:n kyky korjata virheitä

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

tarkoittaa, että CRISPR:n avulla voidaan luoda uusia hoitomuotoja

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

geneettisten sairauksien kuten sirppisoluanemian hoitoon.

And since it’s not limited to humans,

Koska tekniikka ei rajoitu ihmisiin,

the applications are almost endless.

sovelluksia on loputtomasti,

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

CRISPR:n avulla voitaisiin luoda suurihedelmäisiä kasveja;

mosquitoes that can’t transmit malaria,

malariaa tartuttamattomia hyttysiä

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

tai uudelleenohjelmoida syöpäsoluja, kun lääkkeet eivät enää toimi.

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

Se on myös genomin tutkimiseen tehokas työkalu,

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

jonka avulla tutkijat voivat tutkia, mitä tapahtuu, kun geeni on

or changed within an organism.

pois päältä tai muuttunut.

CRISPR isn’t perfect yet.

CRISPR ei ole vielä täydellinen.

It doesn’t always make just the intended changes,

Muutokset eivät aina ole juuri niitä, mitä haluttiin,

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

ja koska CRISPR-tekniikan pitkäaikaisia seurauksia on vaikea ennustaa,

this technology raises big ethical questions.

tekniikka herättää myös suuria eettisiä kysymyksiä.

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

Meidän on päätettävä, mikä on paras toimintasuunta,

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

kun CRISPR jättää taakseen yksisoluiset ja päättyy

and heads into labs, farms, hospitals,

laboratorioihin, farmeille, sairaaloihin

and organisms around the world.

ja eliöihin ympäri maailmaa.