How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Allon Sasson

From the smallest single-celled organism

מהאורגניזם החד תאי הקטן ביותר

to the largest creatures on earth,

ועד ליצורים הכי גדולים בכדור הארץ,

every living thing is defined by its genes.

כל יצור חי מוגדר על ידי הגנים שלו.

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

ה DNA שמוכל בגנים שלנו פועל כמו ספר הוראות לתאים שלנו.

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

ארבע אבני בניין שנקראות בסיסים מחוברות יחד בסדר מדוייק,

which tell the cell how to behave

שאומר לתא איך להתנהג

and form the basis for our every trait.

ויוצר את הבסיס לכל אחת מהתכונות שלנו.

But with recent advancements in gene editing tools,

אבל עם התקדמויות אחרונות בכלי עריכת גנים,

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

מדענים יכולים לשנות את התכונות הבסיסיות של אורגניזם בזמן מהיר ביותר.

They can engineer drought-resistant crops

הם יכולים להנדס יבולים עמידים לבצורת

and create apples that don’t brown.

וליצור תפוחים שלא נעשים חומים.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

הם אולי אפילו יכולים למנוע הפצה של התפרצויות מחלות מדבקות

and develop cures for genetic diseases.

ולפתח תרופות למחלות גנטיות.

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

CRISPR הוא כלי עריכת הגנים הכי מהיר, קל וזול

responsible for this new wave of science.

שאחראי לגל החדש הזה במדע.

But where did this medical marvel come from?

אבל מהיכן הפלא הרפואי הזה הגיע?

How does it work?

איך הוא עובד?

And what can it do?

ומה הוא יכול לעשות?

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

למרבה הפלא, CRISPR הוא למעשה תהליך טבעי

that’s long functioned as a bacterial immune system.

שתפקד במשך זמן רב כמערכת חיסון בקטריאלית.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

הוא התגלה במקור כמגן על בקטריות בעלות תא יחיד וארכיאות

against invading viruses,

נגד וירוסים פולשים.

naturally occurring CRISPR uses two main components.

CRISPR שמתרחש באופן טבעי משתמש בשני רכיבים עיקריים.

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

הראשון הם חלקים קטנים של רצף DNA חוזר

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

שנקרא "חזרות פלינדרומיות מרווחות שמקובצות באופן סדיר",

or simply, CRISPRs.

או בפשטות, CRISPR.

The second are Cas,

השני הוא Cas,

or “CRISPR-associated” proteins

או חלבונים שמקושרים ל CRISPR

which chop up DNA like molecular scissors.

שחותכים את ה DNA כמו מספרים מולקולריות.

When a virus invades a bacterium,

כשוירוס חודר לבקטריה,

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

חלבוני Cas חותכים מקטע של ה DNA הויראלי

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

כדי לתפור אותו לאזור ה CRISPR בבקטריה,

capturing a chemical snapshot of the infection.

לוכדים תמונה כימית של הההדבקה.

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

הקודים הויראליים מועתקים אז לפיסות קצרות של RNA.

This molecule plays many roles in our cells,

המולקולות האלו ממלאות הרבה תפקידים בתאים שלנו,

but in the case of CRISPR,

אבל במקרה של CRISPR,

RNA binds to a special protein called Cas9.

RNA נקשר לחלבון מיוחד שנקרא Cas9.

The resulting complexes act like scouts,

התרכובות שנוצרות כתוצאה מכך פועלות כמו גששים,

latching onto free-floating genetic material

נקשרות לחומר גנטי מרחף חופשי

and searching for a match to the virus.

ומחפשות התאמה לוירוס.

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

אם הוירוס פולש שוב, תרכובת הגשש מזהה אותו מיידית,

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

ו Cas9 משמיד במהירות את ה DNA הויראלי.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

להרבה בקטריות יש סוג זה של מגננון הגנה.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

אבל ב 2012, מדענים הבינו איך לחטוף את CRISPR

to target not just viral DNA,

כדי לטווח לא רק DNA ויראלי,

but any DNA in almost any organism.

אלא כל DNA כמעט בכל אורגניזם.

With the right tools,

עם הכלים הנכונים,

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

מערכת החיסון הויראלית הופכת לכלי עריכת גנים מדוייק,

which can alter DNA and change specific genes

שיכול לשנות DNA ולשנות גנים ספציפים

almost as easily as fixing a typo.

כמעט באותה קלות כמו תיקון שגיאת כתיב.

Here’s how it works in the lab:

כך זה עובד במעבדה:

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

מדענים מהנדסים RNA "מנחה" כדי להתאים לגנים שהם רוצים לערוך,

and attach it to Cas9.

ומחברים אותו ל Cas9.

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

כמו ה RNA הויראלי במערכת החיסון של CRISPR,

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

ה RNA המנחה מפנה את Cas9 לגן המטרה,

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

ומספרי החלבונים המולקולריים חותכים את ה DNA.

This is the key to CRISPR’s power:

זה המפתח לכוחו של CRISPR:

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

רק על ידי הזרקת Cas9 קשור לפיסה קטנה של RNA מנחה מותאם

scientists can edit practically any gene in the genome.

מדענים יכולים לערוך בעצם כל גן בגנום.

Once the DNA is cut,

ברגע שה DNA נחתך,

the cell will try to repair it.

התא ינסה לתקן אותו.

Typically, proteins called nucleases

באופן רגיל, חלבונים שנקראים נוקלאז

trim the broken ends and join them back together.

חותכים את הקצוות החתוכים ומחברים אותם חזרה יחד.

But this type of repair process,

אבל סוג זה של תהליך תיקון,

called nonhomologous end joining,

שנקרא חיבור קצוות לא הומולוגני,

is prone to mistakes

מועד לטעויות

and can lead to extra or missing bases.

ויכול להוביל לבסיס מוחמץ או נוסף.

The resulting gene is often unusable and turned off.

הגן שנוצר כתוצאה מכך הרבה פעמים לא שמיש וכבוי.

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

עם זאת, אם מדענים מוסיפים רצפים נפרדים של DNA תבניתי

to their CRISPR cocktail,

לקוקטייל ה CRISPR שלהם,

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

חלבונים תאיים יכולים לבצע תהליך תיקון DNA אחר,

called homology directed repair.

שנקרא תיקון הומולוגני מונחה.

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

ה DNA התבניתי הזה משמש כתוכנית אב כדי להנחות את תהליך הבניה מחדש,

repairing a defective gene

ומתקן גן תקול

or even inserting a completely new one.

או אפילו מכניס אחד חדש לגמרי.

The ability to fix DNA errors

היכולת לתקן טעויות DNA

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

משמעה ש CRISPR יכול פוטנציאלית ליצור טיפולים חדשים למחלות

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

שמקושרות לטעויות גנטיות ספציפיות, כמו סיסטיק פיברוזיס או אנמיה חרמשית.

And since it’s not limited to humans,

ומאחר והוא לא מוגבל לאנשים,

the applications are almost endless.

הישומים כמעט אין סופיים.

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

CRISPR יכול ליצור צמחים שיניבו פירות גדולים יותר,

mosquitoes that can’t transmit malaria,

יתושים שלא יכולים להעביר מלריה,

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

או אפילו לתכנת מחדש תאי סרטן עמידים לתרופות.

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

זה גם כלי חזק לחקר הגנום,

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

מה שמאפשר למדענים לצפות במה שמתרחש כשגנים מכובים

or changed within an organism.

או משתנים בתוך האורגניזם.

CRISPR isn’t perfect yet.

CRISPR עדיין לא מושלם.

It doesn’t always make just the intended changes,

הוא לא עושה תמיד רק את השינויים הרצוים,

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

ומאחר וקשה לצפות את ההשפעות לטווח ארוך של עריכת CRISPR ,

this technology raises big ethical questions.

הטכנולוגיה הזו מעלה שאלות אתיות גדולות.

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

זה תלוי בנו להחליט את הדרך הכי טובה קדימה

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

כש CRISPR משאיר אורגניזמים חד תאיים מאחור

and heads into labs, farms, hospitals,

ונכנס למעבדות, חוות, בתי חולים,

and organisms around the world.

ואורגניזמים מסביב לעולם.