How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

Fordító: Peter Pallós Lektor: Reka Lorinczy

From the smallest single-celled organism

A legkisebb egysejtűtől

to the largest creatures on earth,

a Föld legnagyobb teremtményéig

every living thing is defined by its genes.

minden élőlényt a génjei határoznak meg.

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

Sejtjeink a génjeinkben lévő DNS-t használati utasításnak tekintik.

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

A bázisnak nevezett négy építőelem pontos szekvenciákba rendeződik,

which tell the cell how to behave

amelyek megszabják a sejtek viselkedését,

and form the basis for our every trait.

és kialakítják minden vonásunk alapját.

But with recent advancements in gene editing tools,

De a génszerkesztési eszközök fejlődésének köszönhetően

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

kutatók gyorsan megváltoztathatják egy szervezet alapvető tulajdonságait.

They can engineer drought-resistant crops

Szárazságtűrő növényeket

and create apples that don’t brown.

vagy nem rothadó almát hozhatnak létre.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

Még fertőző járványok kitörését is megelőzhetik,

and develop cures for genetic diseases.

és genetikai kórok gyógymódját is kifejleszthetik.

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

A CRISPR a leggyorsabb, legegyszerűbb és legolcsóbb génszerkesztő eszköz,

responsible for this new wave of science.

amely kiemelkedő jelentőségű eme új tudományban.

But where did this medical marvel come from?

De honnan származik ez az új orvosi csoda?

How does it work?

Hogyan működik?

And what can it do?

Mire alkalmas?

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

Meglepő, de a CRISPR természetes folyamat,

that’s long functioned as a bacterial immune system.

amely mint bakteriális immunrendszer régóta jelen van.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

Eredetileg egysejtű baktériumokat és archeákat védett

against invading viruses,

a rájuk támadó vírusok ellen.

naturally occurring CRISPR uses two main components.

A természetben előforduló CRISPR két fő összetevőt használ.

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

Az első ismétlődő DNS-szekvenciák rövid darabkái: ez CRISPR,

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

a „halmozottan előforduló, szabályos közökkel elválasztott

or simply, CRISPRs.

palindromikus ismétlődések”.

The second are Cas,

A másik a Cas,

or “CRISPR-associated” proteins

avagy a "CRISPR-rel társult" fehérjék,

which chop up DNA like molecular scissors.

amelyek molekuláris ollóként vágják a DNS-t.

When a virus invades a bacterium,

Amikor vírus támadja meg a baktériumot,

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

a Cas-fehérjék a vírus DNS-ének egy szakaszát kivágják,

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

hogy beillesszék a baktérium CRISPR-régiójába,

capturing a chemical snapshot of the infection.

rögzítve a fertőzés kémiai képét.

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

A víruskódok aztán az RNS rövid szakaszaiba lesznek átmásolva.

This molecule plays many roles in our cells,

Ez a molekula több feladatot lát el sejtjeinkben,

but in the case of CRISPR,

de a CRISPR esetében

RNA binds to a special protein called Cas9.

az RNS a Cas9 nevű különleges fehérjéhez kötődik.

The resulting complexes act like scouts,

A keletkező komplexek járőrként működnek,

latching onto free-floating genetic material

ráakaszkodnak a szabadon lebegő genetikai anyagra,

and searching for a match to the virus.

és keresik a megfelelő vírust.

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

Ha a vírus ismét támad, a járőrkomplex rögtön felismeri,

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

és a Cas9 gyorsan elpusztítja a vírus DNS-ét.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

Sok baktériumnak ilyen a védekezőmechanizmusa.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

De 2012-ben kutatók rájöttek,

hogyan vegyék rá a CRISPR-t nemcsak a vírus DNS-ének,

to target not just viral DNA,

but any DNA in almost any organism.

hanem bármely szervezet bármely DNS-ének megtámadására is.

With the right tools,

Megfelelő eszközzel e vírus elleni immunrendszer

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

pontos génszerkesztő eszközzé tehető,

which can alter DNA and change specific genes

amely a DNS-t és a különleges géneket

almost as easily as fixing a typo.

majdnem ugyanolyan könnyen módosíthatja, mint ahogy elírást javítunk.

Here’s how it works in the lab:

Laborkörülmények közt így működik:

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

a kutatók "vezető" RNS-t terveznek, hogy találkozzon a szerkesztendő génnel,

and attach it to Cas9.

és hozzákapcsolják a Cas9-hez.

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

Mint a vírusos RNS a CRISPR immunrendszerben,

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

a vezető RNS a kiszemelt génhez irányítja a Cas9-et,

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

és a fehérje molekuláris ollója elvágja a DNS-szakaszt.

This is the key to CRISPR’s power:

Ez a CRISPR erősségének lényege:

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

a Cas9-et a vezető RNS egy rövid darabjába befecskendezve

scientists can edit practically any gene in the genome.

a kutatók a genom bármelyik génjét szerkeszthetik.

Once the DNA is cut,

Ha a DNS el van vágva,

the cell will try to repair it.

a sejt igyekszik megjavítani.

Typically, proteins called nucleases

A nukleáz nevű fehérjék levágják a sérült végeket,

trim the broken ends and join them back together.

és ismét összekapcsolják őket.

But this type of repair process,

Az effajta javítási folyamat,

called nonhomologous end joining,

az ún. végek nemhomológ újraegyesítése,

is prone to mistakes

hibákra hajlamos,

and can lead to extra or missing bases.

és többlet- vagy hiányzó bázisokhoz vezethet.

The resulting gene is often unusable and turned off.

A keletkezett gén gyakorta selejtes, és ki van kapcsolódva.

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

De ha a kutatók a templát-DNS egy szakaszát hozzáadják

to their CRISPR cocktail,

a CRISPR-koktéljukhoz,

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

a sejtfehérjék más DNS-javító műveletet végezhetnek,

called homology directed repair.

az ún. homológiavezérelt javítást.

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

Ez a templát-DNS az újjáépítő folyamat tervrajzául szolgál;

repairing a defective gene

kijavítja a hibás gént,

or even inserting a completely new one.

vagy egy egészen más gént illeszt be.

The ability to fix DNA errors

A DNS-hibák javítási képessége azt jelenti,

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

hogy a CRISPR elvileg új gyógymódokat nyújthat génhibák okozta kórokra,

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

pl. a cisztás fibrózisra vagy a sarlósejtes vérszegénységre.

And since it’s not limited to humans,

Mivel ez nem korlátozódik emberekre,

the applications are almost endless.

az alkalmazások száma majdnem végtelen.

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

A CRISPR-rel nagyobb gyümölcsöket termő növények,

mosquitoes that can’t transmit malaria,

maláriát nem terjesztő szúnyogok hozhatók létre,

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

sőt még a gyógyszereknek ellenálló ráksejtek is átprogramozhatók.

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

Hatékony eszköz a genom tanulmányozásához,

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

amellyel a kutatók megfigyelhetik, mi történik a szervezetben,

or changed within an organism.

amikor géneket kikapcsolunk vagy módosítunk.

CRISPR isn’t perfect yet.

Ám a CRISPR még nem tökéletes.

It doesn’t always make just the intended changes,

Nem mindig szándékos változásokat idéz elő,

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

és mivel nehéz a CRISPR-szerkesztés hosszú távú hatásait előrelátni,

this technology raises big ethical questions.

a technológia súlyos etikai kérdéseket vet föl.

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

Nekünk kell eldöntenünk, merre haladjunk,

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

mikor a CRISPR alkalmazásában túljutva az egysejtű szervezeteken

and heads into labs, farms, hospitals,

utunk világszerte laborokba, gazdaságokba,

and organisms around the world.

kórházakba és szervezetekbe vezet.