How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

번역: Seungmee Yun 검토: Minjeong Lee

From the smallest single-celled organism

가장 작은 단세포 유기체부터

to the largest creatures on earth,

지구상의 가장 큰 생물에 이르기까지

every living thing is defined by its genes.

모든 생물은 그 유전자에 의해 정의됩니다.

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

유전자에 담겨있는 DNA는 세포를 위한 사용 설명서처럼 작용합니다.

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

염기라고 불리는 네 가지 구성요소가 정확한 순서로 꿰어지게 되고

which tell the cell how to behave

세포는 이에 따라 행동하며

and form the basis for our every trait.

우리 모든 특성의 기반을 형성합니다.

But with recent advancements in gene editing tools,

그런데 최근 유전자 편집도구의 진보로

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

과학자들은 최단 시간 내에 유기체의 근본 특성을 바꿀 수 있습니다.

They can engineer drought-resistant crops

가뭄에 강한 작물을 만들어내고

and create apples that don’t brown.

갈변하지 않는 사과를 만들어 낼 수 있습니다.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

전염병의 확산을 막거나

and develop cures for genetic diseases.

유전병 치료법을 개발할 수도 있습니다.

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

이러한 과학의 신물결을 일으키고 있는 유전자 편집 도구 중에

responsible for this new wave of science.

크리스퍼가 가장 빠르고, 쉽고, 비용이 쌉니다.

But where did this medical marvel come from?

그런데 이 의학적 경의는 어디서 왔을까요?

How does it work?

어떻게 작용하는 걸까요?

And what can it do?

그리고 어떤 능력이 있을까요?

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

놀랍게도 사실 크리스퍼는 오랫동안

that’s long functioned as a bacterial immune system.

세균의 면역 체계로서 기능해 온 자연 과정입니다.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

원래 단세포 세균 및 고세균이 바이러스 침입을 방어할 때

그 과정에서 발견된 자연 발생 크리스퍼에는

against invading viruses,

naturally occurring CRISPR uses two main components.

두 가지 주요 요소가 있습니다.

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

첫 번째는 짧은 DNA 반복 서열로

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

"균일하게 사이를 두고 반복되는 짧은 반복 서열 다발,"

또는 간단하게 크리스퍼라고 부릅니다.

or simply, CRISPRs.

The second are Cas,

두 번째는 Cas인데

or “CRISPR-associated” proteins

"크리스퍼 관련" 단백질로

which chop up DNA like molecular scissors.

이 단백질이 분자 가위처럼 DNA를 자릅니다.

When a virus invades a bacterium,

바이러스가 세균에 침입하면

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

Cas 단백질이 바이러스의 DNA 일부를 잘라내고

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

세균의 크리스퍼 부분에 붙여서

capturing a chemical snapshot of the infection.

감염의 화학적 정보를 포착합니다

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

그 후 바이러스의 유전자 정보가 짧은 RNA 조각으로 복사됩니다.

This molecule plays many roles in our cells,

이 분자는 우리 세포 내에서 많은 역할을 수행하는데

but in the case of CRISPR,

크리스퍼의 경우

RNA binds to a special protein called Cas9.

RNA가 Cas9라고 불리는 특별한 단백질에 묶입니다.

The resulting complexes act like scouts,

그 결과 생기는 복합물은 정찰대처럼 행동하며

latching onto free-floating genetic material

부유하는 유전 물질에 달라붙어

and searching for a match to the virus.

바이러스와 일치하는지 확인합니다.

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

바이러스가 다시 칩입하면 정찰 복합물이 바로 인식하고

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

Cas9가 재빠르게 바이러스의 DNA를 파괴합니다.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

이런 식의 방어 기제를 가지고 있는 세균은 많습니다.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

그런데 2012년에 과학자들은 크리스퍼를 사용하여

to target not just viral DNA,

바이러스의 DNA 뿐만 아니라

but any DNA in almost any organism.

거의 모든 유기체의 DNA를 표적으로 삼을 수 있는 방법을 알아냈습니다.

With the right tools,

적절한 도구를 사용하면

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

본 바이러스 면역 체계는 정밀한 유전자 편집 도구가 되어

which can alter DNA and change specific genes

거의 오타를 고치는 것만큼 쉽게 DNA를 변경시키고

almost as easily as fixing a typo.

특정 유전자를 바꿀 수 있습니다.

Here’s how it works in the lab:

실험실에서는 이런 식으로 이루어지죠.

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

과학자들이 편집할 유전자에 맞춰 "지표" RNA를 설계하고

and attach it to Cas9.

이를 Cas9에 붙입니다.

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

크리스퍼 면역 체계상의 바이러스 RNA처럼

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

이 지표 RNA에 따라 Cas9이 유전자를 표적으로 삼고

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

단백질 분자 가위가 DNA를 자릅니다.

This is the key to CRISPR’s power:

이것이 크리스퍼 능력의 핵심입니다.

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

맞춤 지표 RNA 토막에 붙인 Cas9을 주입하기만 하면

scientists can edit practically any gene in the genome.

과학자들은 사실상 유전체의 어떤 유전자라도 편집할 수 있습니다.

Once the DNA is cut,

일단 DNA가 잘리면

the cell will try to repair it.

세포는 이를 보수하려고 합니다.

Typically, proteins called nucleases

보통 핵산분해효소라고 불리는 단백질이

trim the broken ends and join them back together.

절단 부위를 다듬어 재결합시킵니다.

But this type of repair process,

하지만 비상동재접합이라고 불리는 이런 보수 과정에서

called nonhomologous end joining,

is prone to mistakes

오류가 발생할 가능성이 있고 염기가 추가되거나 누락될 수 있습니다.

and can lead to extra or missing bases.

The resulting gene is often unusable and turned off.

그 결과 유전자가 사용불능상태가 되어 비활성화 되는 경우가 종종 있습니다.

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

하지만 과학자들이 별개의 견본 DNA 서열을

to their CRISPR cocktail,

크리스퍼 혼합제에 추가하면

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

세포 단백질은 상동유도수선이라고 불리는

called homology directed repair.

또 다른 DNA 보수 과정을 수행할 수 있습니다.

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

이 견본 DNA는 복구 과정에서 지표 청사진처럼 사용되어

repairing a defective gene

결함이 있는 유전자를 보수하거나

or even inserting a completely new one.

완전히 새로운 유전자를 추가하는 것도 가능합니다.

The ability to fix DNA errors

DNA 오류를 고칠 수 있다는 것은

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

크리스퍼로 특정 유전자 오류와 연관된 낭포성 섬유증이나 겸상적혈구빈혈과 같은

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

질병에 대항할 새로운 치료법을 만들어 낼 가능성이 있다는 뜻입니다.

And since it’s not limited to humans,

또한 인간에게만 적용되는 것이 아니기에

the applications are almost endless.

응용할 수 있는 분야가 거의 무궁무진합니다.

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

크리스퍼를 사용하여 더 큰 과실을 맺는 식물이나

mosquitoes that can’t transmit malaria,

말라리아를 전염시킬 수 없는 모기를 만들 수도있고

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

심지어 약물이 듣지않는 암세포의 프로그램을 다시 짤 수도 있습니다.

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

또한 유전체 연구를 위한 효과적인 도구이기도 해서

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

과학자들이 유기체 안에서 유전자가 비활성화 되거나 변경됐을 때

or changed within an organism.

어떤 일이 벌어지는지 관찰할 수 있습니다.

CRISPR isn’t perfect yet.

크리스퍼는 아직 완벽하지 않습니다.

It doesn’t always make just the intended changes,

항상 의도된 결과만 발생하는 것은 아니며

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

크리스퍼 편집의 장기적인 영향을 예측하는 것이 어렵기 때문에

this technology raises big ethical questions.

본 기술은 심각한 윤리적 의문을 불러옵니다.

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

여기서 최선의 진로가 무엇인지 우리가 결정해야합니다.

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

크리스퍼는 단세포 유기체를 뒤로하고

and heads into labs, farms, hospitals,

전세계 실험실, 농장, 병원,

and organisms around the world.

그리고 유기체로 향하고 있습니다.