How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

Prevoditelj: Irma Komljenović Recezent: Sanda L

From the smallest single-celled organism

Od najmanjeg jednostaničnog organizma

to the largest creatures on earth,

do najvećih bića na Zemlji,

every living thing is defined by its genes.

svako živo biće određeno je svojim genima.

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

DNK u našim genima ponaša se kao uputa za naše stanice.

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

Četiri građevne jedinice, baze, međusobno su povezane u precizne nizove

which tell the cell how to behave

koje kažu stanici kako će se ponašati

and form the basis for our every trait.

i stvaraju temelj svakog našeg svojstva.

But with recent advancements in gene editing tools,

Zbog nedavnih napredaka u načinima uređivanja gena,

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

znanstvenici mogu vrlo brzo promijeniti temeljna svojstva organizma.

They can engineer drought-resistant crops

Mogu stvoriti usjeve otporne na sušu

and create apples that don’t brown.

i jabuke koje ne smeđe.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

Mogu čak spriječiti širenje zaraznih epidemija

and develop cures for genetic diseases.

i razviti lijekove za genetske bolesti.

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

CRISPR je najbrži, najlakši i najjeftiniji način uređivanja gena,

responsible for this new wave of science.

odgovoran za novi val znanosti.

But where did this medical marvel come from?

No otkud dolazi to čudo medicine?

How does it work?

Kako funkcionira?

And what can it do?

I što može napraviti?

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

Iznenađujuće, CRISPR je zapravo prirodan proces

that’s long functioned as a bacterial immune system.

koji već dugo funkcionira kao imunosni sustav bakterija.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

Izvorno otkriven kao obrana jednostaničnih bakterija i arheja

against invading viruses,

od napadajućih virusa,

naturally occurring CRISPR uses two main components.

CRISPR koji se pojavljuje u prirodi koristi dvije glavne komponente.

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

Prvu čine kratki isječci ponavljajućih sekvenci DNK

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

koji se zovu grupirane pravilno razmaknute kratke ponavljajuće palindromske sekvence,

or simply, CRISPRs.

ili samo CRISPR.

The second are Cas,

Druga je Cas,

or “CRISPR-associated” proteins

ili proteini povezani s CRISPR-om,

which chop up DNA like molecular scissors.

koji sjeckaju DNK poput molekularnih škara.

When a virus invades a bacterium,

Kad virus napadne bakteriju,

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

Cas proteini izrežu dio DNK virusa

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

i prišiju ga u CRISPR regiju bakterija,

capturing a chemical snapshot of the infection.

stvarajući kemijsku fotografiju infekcije.

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

Ti virusni kodovi zatim su kopirani u kratke djeliće RNK.

This molecule plays many roles in our cells,

Ta molekula ima razne uloge u našim stanicama

but in the case of CRISPR,

no u slučaju CRISPR-a,

RNA binds to a special protein called Cas9.

RNK se veže za poseban protein, Cas9.

The resulting complexes act like scouts,

Rezultirajući kompleksi ponašaju se kao izviđači,

latching onto free-floating genetic material

hvatajući se za plutajući genetski materijal

and searching for a match to the virus.

i tražeći odgovarajući par virusu.

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

Ako virus ponovno napadne, kompleks izviđača odmah ga prepozna

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

i Cas9 brzo uništi virusnu DNK.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

Puno bakterija ima ovu vrstu obrambenog mehanizma.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

No, 2012. godine, znanstvenici su otkrili kako preuzeti CRISPR

to target not just viral DNA,

da ne cilja samo na virusnu DNK,

but any DNA in almost any organism.

već bilo koju DNK bilo kojeg organizma.

With the right tools,

Uz pomoć pravih alata,

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

ovaj virusni imunosni sustav postaje precizan način uređivanja gena

which can alter DNA and change specific genes

koji može izmijeniti DNK i promijeniti specifične gene,

almost as easily as fixing a typo.

lagano kao ispravljanje greške u pisanju.

Here’s how it works in the lab:

Evo kako funkcionira u laboratoriju:

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

znanstvenici dizajniraju RNK "vodič" koji je par genima koje treba urediti

and attach it to Cas9.

i pričvrste ga uz Cas9.

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

Poput virusne RNK u CRISPR imunosnom sustavu,

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

vodeća RNK usmjerava Cas9 na ciljani gen

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

i molekularne škare proteina odrežu DNK.

This is the key to CRISPR’s power:

To je ključ moći CRISPR-a:

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

samo ubrizgavanjem Cas9 vezanog za kratki djelić prilagođene vodeće RNK,

scientists can edit practically any gene in the genome.

znanstvenici mogu urediti gotovo svaki gen u genomu.

Once the DNA is cut,

Kada je DNK izrezan,

the cell will try to repair it.

stanica će ga pokušati popraviti.

Typically, proteins called nucleases

Obično proteini zvani nukleaze

trim the broken ends and join them back together.

podrežu slomljene krajeve i ponovno ih spoje.

But this type of repair process,

No taj proces popravljanja

called nonhomologous end joining,

koji se zove nehomologno spajanje krajeva,

is prone to mistakes

sklon je greškama

and can lead to extra or missing bases.

i može voditi višku ili manjku baza.

The resulting gene is often unusable and turned off.

Rezultirajući gen često je neiskoristiv i isključen.

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

Unatoč tome, ako znanstvenici dodaju zasebnu sekvencu primjerka DNK

to their CRISPR cocktail,

u svoj CRISPR koktel,

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

stanični proteini mogu izvesti drukčiji proces popravka DNK

called homology directed repair.

koji se zove homologno usmjereni popravak.

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

Taj primjerak DNK koristi se kao nacrt koji vodi proces izgradnje,

repairing a defective gene

popravljajući neispravan gen

or even inserting a completely new one.

ili čak umećući potpuno nov gen.

The ability to fix DNA errors

Sposobnost da popravi greške u DNK

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

znači da CRISPR ima potencijal stvoriti nove terapije za bolesti

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

povezane sa specifičnim greškama u genima poput cistične fibroze ili srpaste anemije.

And since it’s not limited to humans,

Budući da nije ograničeno na ljude,

the applications are almost endless.

primjene su gotovo beskrajne.

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

CRISPR bi mogao stvoriti biljke koje daju veći plod,

mosquitoes that can’t transmit malaria,

komarce koji ne prenose malariju

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

ili čak reprogramirati stanice raka otporne na lijekove.

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

Također je moćan alat za proučavanje genoma

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

jer dopušta znanstvenicima da promatraju što se događa kad su geni isključeni

or changed within an organism.

ili promijenjeni unutar organizma.

CRISPR isn’t perfect yet.

CRISPR još nije savršen.

It doesn’t always make just the intended changes,

Ne čini uvijek ciljane promjene

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

i budući da je teško predvidjeti dugotrajne posljedice uređivanja CRISPR-om,

this technology raises big ethical questions.

ova tehnologija postavlja velika etička pitanja.

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

Na nama je da odlučimo najbolji put naprijed,

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

dok CRISPR za sobom ostavlja jednostanične organizme

and heads into labs, farms, hospitals,

i prelazi u laboratorije, na farme, u bolnice

and organisms around the world.

i organizme po cijelome svijetu.