How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

Tłumaczenie: Korekta: Ola Królikowska

From the smallest single-celled organism

Od najmniejszego jednokomórkowego organizmu

to the largest creatures on earth,

po największe stworzenia na Ziemi

every living thing is defined by its genes.

każda żyjąca istota jest definiowana przez własne geny.

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

DNA zawarte w naszych genach działa jak instrukcja obsługi dla komórek.

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

Cztery budulce życia zwane zasadami są splecione w konkretnych sekwencjach,

which tell the cell how to behave

które mówią komórce, co ma robić,

and form the basis for our every trait.

i są początkiem każdej naszej cechy.

But with recent advancements in gene editing tools,

Dzięki niedawnym odkryciom w dziedzinie narzędzi do edycji genów

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

naukowcy mogą w rekordowym czasie zmienić podstawowe cechy organizmu.

They can engineer drought-resistant crops

Mogą tworzyć rośliny odporne na suszę

and create apples that don’t brown.

i jabłka, które nie ciemnieją.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

Mogą nawet zapobiec występowaniu epidemii chorób zakaźnych

and develop cures for genetic diseases.

i leczyć choroby genetyczne.

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

CRISPR jest najszybszym, najłatwiejszym i najtańszym narzędziem do edycji genów

responsible for this new wave of science.

odpowiedzialnym za tę nową gałąź nauki.

But where did this medical marvel come from?

Ale skąd wziął się ten cud medycyny?

How does it work?

Jak działa?

And what can it do?

I do czego jest zdolny?

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

Co ciekawe, CRISPR jest właściwie procesem naturalnym,

that’s long functioned as a bacterial immune system.

który długo funkcjonował jako układ odpornościowy bakterii.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

Odkryto go u jednokomórkowych bakterii i archeonów,

against invading viruses,

kiedy bronił ich przed atakiem wirusów.

naturally occurring CRISPR uses two main components.

Naturalnie występujący CRISPR wykorzystuje dwa główne elementy.

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

Pierwszym z nich są krótkie wycinki powtarzających się sekwencji DNA

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

czyli “zgrupowane, regularnie rozproszone, krótkie, powtórzenia palindromiczne”

or simply, CRISPRs.

albo po prostu CRISPR-y.

The second are Cas,

Drugi to Cas,

or “CRISPR-associated” proteins

czyli "białka skojarzone z CRISPR",

which chop up DNA like molecular scissors.

które tną DNA jak molekularne nożyce.

Kiedy wirus atakuje bakterię,

When a virus invades a bacterium,

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

białka Cas wycinają fragment DNA wirusa,

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

żeby wbudować go w obrębie CRISPR-u bakterii,

capturing a chemical snapshot of the infection.

tworząc chemiczny wycinek infekcji.

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

Fragmenty materiału genetycznego wirusa są potem kopiowane na krótkie odcinki RNA.

This molecule plays many roles in our cells,

Ta cząsteczka pełni wiele ról w naszych komórkach,

but in the case of CRISPR,

ale w przypadku CRISPR-a

RNA binds to a special protein called Cas9.

RNA przyłącza białko nazywane Cas9.

The resulting complexes act like scouts,

Powstałe związki są jak zwiadowcy,

latching onto free-floating genetic material

kiedy przyczepiają się do wolnego materiału genetycznego

and searching for a match to the virus.

i sprawdzają jego zgodność z tym wirusa.

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

Kiedy wirus znów zaatakuje, zwiadowca od razu go rozpoznaje,

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

a Cas9 prędko niszczy DNA wirusa.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

Wiele bakterii ma taki mechanizm obronny.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

Ale w 2012 roku naukowcy odkryli, jak przejąć kontrolę nad CRISPR-em,

to target not just viral DNA,

żeby obierał za cel nie tylko wirusowe DNA,

but any DNA in almost any organism.

ale dowolne DNA prawie każdego organizmu.

With the right tools,

Dzięki odpowiednim narzędziom

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

system obrony przed wirusami staje się precyzyjnym narzędziem do edycji genów,

which can alter DNA and change specific genes

który może przekształcać DNA i zmieniać określone geny

almost as easily as fixing a typo.

prawie z taką łatwością, z jaką poprawia się literówkę.

Here’s how it works in the lab:

W laboratorium to działa tak.

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

Naukowcy tworzą “przewodzące” RNA pasujące do genu, który chcą zmienić,

and attach it to Cas9.

i przyłączają je do Cas9.

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

Tak jak wirusowe RNA w układzie odpornościowym CRISPR,

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

przewodzące RNA kieruje Cas9 do genu docelowego,

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

a białko jak nożyce molekularne tnie DNA.

This is the key to CRISPR’s power:

To właśnie czyni CRISPR-a tak potężnym.

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

Wystarczy wszczepić Cas9 przyłączone do odcinka RNA przewodzącego,

scientists can edit practically any gene in the genome.

żeby naukowcy mogli zmodyfikować praktycznie każdy gen w genomie.

Once the DNA is cut,

Kiedy DNA zostanie pocięte,

the cell will try to repair it.

komórka będzie próbowała to naprawić.

Typically, proteins called nucleases

Normalnie białka zwane nukleazami

trim the broken ends and join them back together.

przycinają rozdzielone końce i łączą je z powrotem.

But this type of repair process,

Ale w tym typie procesu naprawczego,

called nonhomologous end joining,

znanym jako scalenie niehomologicznych końców DNA,

pomyłki zdarzają się często,

is prone to mistakes

and can lead to extra or missing bases.

a to może skończyć się dodatkowymi albo brakującymi zasadami.

The resulting gene is often unusable and turned off.

Często powstały w efekcie gen staje się bezużyteczny i zostaje wyłączony.

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

Jednak jeśli naukowcy dodadzą osobną sekwencję matrycowego DNA

to their CRISPR cocktail,

do CRISPR-owego koktajlu,

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

białka komórkowe mogą przeprowadzić inny proces naprawczy,

called homology directed repair.

czyli bezpośrednią naprawę homologiczną.

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

DNA matrycowe użyte zostaje jako plan kierujący procesem odbudowy

repairing a defective gene

naprawiającej wadliwy gen,

or even inserting a completely new one.

a nawet wstawiającej całkowicie nowy.

The ability to fix DNA errors

Umiejętność naprawy błędów w DNA oznacza,

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

że CRISPR może potencjalnie stworzyć nowe terapie chorób

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

spowodowanych wadami genetycznymi jak mukowiscydoza czy anemia sierpowata.

And since it’s not limited to humans,

A skoro nie ogranicza się to do ludzi,

the applications are almost endless.

zastosowania są prawie nieskończone.

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

CRISPR może stworzyć rośliny dające większe owoce,

mosquitoes that can’t transmit malaria,

komary, które nie przenoszą malarii,

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

a nawet przeprogramować lekooporne komórki rakowe.

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

Jest to również potężne narzędzie do badania genomu

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

pozwalające naukowcom obserwować skutki wyłączenia pewnych genów

or changed within an organism.

albo ich modyfikacji w organizmie.

CRISPR isn’t perfect yet.

CRISPR nie jest jeszcze idealny.

It doesn’t always make just the intended changes,

Nie zawsze przeprowadza tylko zamierzone zmiany,

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

a z powodu trudnych do przewidzenia długofalowych skutków użycia CRISPR-a

this technology raises big ethical questions.

technologia ta wzbudza duże wątpliwości etyczne.

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

Do nas należy obranie najlepszego kierunku rozwoju,

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

podczas gdy CRISPR przenosi się z organizmów jednokomórkowych,

and heads into labs, farms, hospitals,

do laboratoriów, farm, szpitali

and organisms around the world.

i organizmów na całym świecie.