How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

Traduttore: Ludovica Harley Revisore: Sara Frasconi

From the smallest single-celled organism

Dal più piccolo organismo

to the largest creatures on earth,

alla creatura più grande sulla Terra,

every living thing is defined by its genes.

ogni essere vivente è definito dai suoi geni.

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

Il DNA contenuto nei nostri geni è come un libretto d'istruzioni

per le nostre cellule.

Quattro mattoncini chiamati basi

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

vengono legati insieme in sequenze precise,

which tell the cell how to behave

che dicono alla cellula come comportarsi

and form the basis for our every trait.

e formano le fondamenta di tutti i nostri tratti distintivi.

But with recent advancements in gene editing tools,

Ma grazie ai recenti progressi nei mezzi per modificare i geni,

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

gli scienziati possono cambiare i tratti fondamentali di un organismo

in tempi record.

They can engineer drought-resistant crops

Possono creare colture resistenti alla siccità

and create apples that don’t brown.

e mele che non marciscono.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

Potrebbero anche prevenire il diffondersi di malattie infettive

and develop cures for genetic diseases.

e sviluppare cure per malattie genetiche.

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

CRISPR è lo strumento più veloce, semplice ed economico per modificare i geni

responsible for this new wave of science.

ed è responsabile di questa nuova fase scientifica.

But where did this medical marvel come from?

Ma da dove viene questo miracolo della medicina?

How does it work?

Come funziona?

And what can it do?

Cosa può fare?

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

Sorprendentemente, CRISPR è in realtà un processo naturale

that’s long functioned as a bacterial immune system.

che ha funzionato a lungo come sistema immunitario batterico.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

Originariamente difendeva batteri unicellulari e archei

against invading viruses,

da virus invasori.

naturally occurring CRISPR uses two main components.

Il CRISPR presente in natura utilizza due componenti principali.

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

La prima consiste in piccoli frammenti di sequenze di DNA ripetitive chiamate

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

"brevi ripetizioni palindrome raggruppate e separate a intervalli regolari"

or simply, CRISPRs.

o, semplicemente, CRISPR in inglese.

The second are Cas,

La seconda sono i Cas,

or “CRISPR-associated” proteins

o proteine "CRISPR-associate",

which chop up DNA like molecular scissors.

che tagliano il DNA come se fossero forbici molecolari.

When a virus invades a bacterium,

Quando un virus invade un batterio,

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

le proteine Cas tagliano via un segmento del DNA del virus

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

per attaccarlo alla regione CRISPR del batterio,

capturing a chemical snapshot of the infection.

raccogliendo un'istantanea chimica dell'infezione.

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

Questi codici virali sono poi trascritti in piccoli pezzi di RNA.

This molecule plays many roles in our cells,

Questa molecola svolge molti ruoli nelle nostre cellule,

but in the case of CRISPR,

ma nel caso del CRISPR,

RNA binds to a special protein called Cas9.

l'RNA si lega a una proteina speciale nota come Cas9.

The resulting complexes act like scouts,

I complessi ottenuti fungono da esploratori

latching onto free-floating genetic material

e si agganciano a materiali genetici fluttuanti

and searching for a match to the virus.

alla ricerca di una corrispondenza con il virus.

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

Se il virus invade di nuovo, il complesso esploratore lo riconosce immediatamente,

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

e Cas9 distrugge velocemente il DNA virale.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

Molti batteri hanno questo tipo di meccanismo di difesa.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

Ma nel 2012 gli scienziati hanno trovato il modo di dirottare il CRISPR

to target not just viral DNA,

per colpire non solo il DNA virale,

but any DNA in almost any organism.

ma anche il DNA di quasi tutti gli organismi.

With the right tools,

Con i giusti mezzi,

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

questo sistema immunitario virale

diventa un preciso strumento per la modifica dei geni

which can alter DNA and change specific genes

che può alterare il DNA e modificare geni specifici

almost as easily as fixing a typo.

tanto facilmente quanto correggere un refuso.

Here’s how it works in the lab:

Ecco come funziona in laboratorio:

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

gli scienziati creano un RNA "guida" uguale al gene che vogliono modificare,

and attach it to Cas9.

e lo attaccano al Cas9.

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

Come l'RNA nel sistema immunitario CRISPR,

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

l'RNA guida dirige il Cas9 al gene scelto,

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

e le forbici molecolari della proteina tagliano il DNA.

Questa è la chiave del potere del CRISPR:

This is the key to CRISPR’s power:

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

semplicemente iniettando un Cas9

unito a un pezzetto di RNA guida personalizzato,

scientists can edit practically any gene in the genome.

gli scienziati possono modificare praticamente ogni gene del genoma.

Once the DNA is cut,

Una volta tagliato il DNA,

the cell will try to repair it.

la cellula cercherà di ripararlo.

Typically, proteins called nucleases

Di solito, le proteine note come nucleasi

trim the broken ends and join them back together.

tagliano le estremità rotte e le riuniscono.

But this type of repair process,

Ma questo tipo di riparazione,

called nonhomologous end joining,

chiamato "saldatura delle estremità non omologhe",

is prone to mistakes

è incline agli errori

and can lead to extra or missing bases.

e può portare a basi supplementari o mancanti.

The resulting gene is often unusable and turned off.

Il gene che ne risulta è spesso inutilizzabile e viene spento.

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

Comunque, se gli scienziati aggiungono una sequenza separata del DNA modello

to their CRISPR cocktail,

al loro cocktail di CRISPR,

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

le proteine cellulari possono creare un processo di riparazione del DNA diverso

called homology directed repair.

chiamato "riparazione omologia-diretta".

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

Questo DNA modello è usato come guida per il processo di ricostruzione,

repairing a defective gene

che ripara un gene difettoso

or even inserting a completely new one.

o ne inserisce persino uno completamente nuovo.

The ability to fix DNA errors

L'abilità di correggere gli errori del DNA

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

implica che CRISPR potrebbe creare nuove cure per malattie

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

legate ad errori genetici specifici,

come la fibrosi cistica o l'anemia falciforme.

And since it’s not limited to humans,

E dato che non è limitato agli umani,

the applications are almost endless.

le sue applicazioni sono praticamente infinite.

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

CRISPR potrebbe sviluppare piante che producono frutti più grandi,

mosquitoes that can’t transmit malaria,

zanzare che non trasmetteno la malaria,

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

o persino riprogrammare cellule tumorali resistenti alle medicine.

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

È anche un potente mezzo per studiare il genoma,

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

che permette agli scienziati di osservare cosa succede se i geni di un organismo

or changed within an organism.

vengono spenti o modificati.

CRISPR isn’t perfect yet.

Il CRISPR non è ancora perfetto.

It doesn’t always make just the intended changes,

Le modifiche previste non vengono sempre apportate,

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

e poiché è difficile predire gli effetti a lungo termine della modifica del CRISPR,

this technology raises big ethical questions.

questa tecnologia solleva un grande problema etico.

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

Sta a noi decidere la giusta strada da prendere

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

mentre il CRISPR lascia i batteri unicellulari

and heads into labs, farms, hospitals,

per entrare in laboratori, fattorie, ospedali

and organisms around the world.

e organismi di tutto il mondo.