How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

Translator: Emily Nguyen Reviewer: Hoàng Trung Lê

From the smallest single-celled organism

Từ các sinh vật đơn bào nhỏ nhất

to the largest creatures on earth,

đến các sinh vật to lớn nhất trên Trái đất,

every living thing is defined by its genes.

tất cả đều được xác định bởi bộ gen.

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

DNA trong gen hoạt động như bảng chỉ dẫn cho các tế bào.

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

Bốn chất nền cơ bản được gọi là đơn phân liên kết với nhau theo trình tự xác định,

which tell the cell how to behave

cho tế bào biết cách tổ chức và tạo cơ sở hình thành mọi tính trạng.

and form the basis for our every trait.

But with recent advancements in gene editing tools,

Nhưng gần đây, với những tiến bộ trong công cụ chỉnh sửa gen,

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

các nhà khoa học đã có thể thay đổi

các tính trạng cơ bản của sinh vật trong thời gian rất ngắn.

They can engineer drought-resistant crops

Họ có thể thiết kế các giống cây trồng chịu hạn

and create apples that don’t brown.

và tạo ra những quả táo không bị thâm sau khi cắt.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

Họ, thậm chí, còn có thể ngăn chặn sự lây lan của dịch bệnh

and develop cures for genetic diseases.

và tạo ra các phương thức chữa trị các bệnh di truyền.

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

CRISPR là công cụ chỉnh sửa gen nhanh nhất, dễ nhất và rẻ tiền nhất,

responsible for this new wave of science.

là nhân tố chính của làn sóng khoa học mới.

But where did this medical marvel come from?

Vậy liệu pháp y học kỳ diệu này đến từ đâu?

How does it work?

Hoạt động như thế nào?

And what can it do?

Và có những ứng dụng gì?

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

Ngạc nhiên thay, CRISPR thực ra là một chu trình tự nhiên

that’s long functioned as a bacterial immune system.

từ lâu hoạt động dưới dạng hệ thống miễn dịch của vi khuẩn.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

Mục đích ban đầu của nó là bảo vệ vi khuẩn đơn bào và vi khuẩn cổ

against invading viruses,

chống lại các virus xâm nhập,

naturally occurring CRISPR uses two main components.

CRISPR trong tự nhiên sử dụng hai thành phần chính.

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

Thứ nhất là những đoạn trình tự DNA ngắn lặp đi lặp lại

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

gọi là: "cụm trình tự ngắn đối xứng phân cách đều bởi các vùng đệm",

or simply, CRISPRs.

hay gọi tắt là CRISPR.

The second are Cas,

Thứ hai là Cas, hay protein liên kết với CRISPR

or “CRISPR-associated” proteins

which chop up DNA like molecular scissors.

làm công việc cắt đứt DNA như kéo cắt phân tử.

When a virus invades a bacterium,

Khi vi khuẩn bị virus xâm nhập,

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

protein Cas cắt DNA của virus

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

gắn vào một đoạn trình tự CRISPR của vi khuẩn,

capturing a chemical snapshot of the infection.

lưu lại cấu trúc hóa học của sự nhiễm trùng.

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

Những đoạn mã này sau đó được sao chép thành các đoạn RNA ngắn.

This molecule plays many roles in our cells,

RNA có nhiều chức năng trong tế bào,

but in the case of CRISPR,

nhưng trong trường hợp CRISPR,

RNA binds to a special protein called Cas9.

nó liên kết với một protein đặc biệt gọi là Cas9.

The resulting complexes act like scouts,

Phức hợp này hoạt động như những trinh sát,

latching onto free-floating genetic material

bám vào vật liệu di truyền trôi nổi

and searching for a match to the virus.

và tìm kiếm các vật liệu trùng khớp với DNA virus.

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

Nếu virus xâm nhập một lần nữa, phức hợp này sẽ nhận ra ngay lập tức,

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

và Cas9 sẽ nhanh chóng phá hủy DNA của virus.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

Rất nhiều vi khuẩn có cơ chế phòng thủ kiểu này.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

Năm 2012, các nhà khoa học đã tìm ra cách điều khiển CRISPR

to target not just viral DNA,

hướng đến các mục tiêu không chỉ là DNA của virus,

but any DNA in almost any organism.

mà bất kỳ DNA nào của gần như mọi sinh vật.

With the right tools,

Với các công cụ thích hợp,

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

hệ miễn dịch này trở thành công cụ chỉnh sửa gen chính xác,

which can alter DNA and change specific genes

có thể thay đổi DNA và các gen cụ thể

almost as easily as fixing a typo.

dễ dàng như sửa một lỗi đánh máy.

Đây là cách nó hoạt động trong phòng thí nghiệm:

Here’s how it works in the lab:

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

các nhà khoa học thiết kế một RNA dẫn đường

tương thích với gen muốn chỉnh sửa, và gắn nó vào Cas9.

and attach it to Cas9.

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

Giống như RNA virus trong CRISPR trong hệ miễn dịch,

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

RNA này dẫn Cas9 đến gen đích.

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

và kéo cắt phân tử cắt DNA.

This is the key to CRISPR’s power:

Đây là cốt lõi sức mạnh của CRISPR:

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

bằng cách tiêm Cas9 liên kết

với một đoạn RNA dẫn đường ngắn có thể tùy chỉnh,

scientists can edit practically any gene in the genome.

các nhà khoa học có thể chỉnh sửa bất kỳ gen nào trong bộ gen.

Once the DNA is cut,

Sau khi DNA bị cắt, tế bào sẽ cố sửa chữa nó.

the cell will try to repair it.

Typically, proteins called nucleases

Thông thường, protein tên là nuclease

trim the broken ends and join them back together.

xén các đầu bị gãy và nối chúng lại với nhau.

But this type of repair process,

Quy trình sửa chữa này gọi là mối nối bất tương đồng,

called nonhomologous end joining,

dễ có những sai sót

is prone to mistakes

and can lead to extra or missing bases.

và có thể dẫn đến việc thừa hoặc thiếu đơn phân.

The resulting gene is often unusable and turned off.

Khiến gen sau khi chỉnh sửa

thường không thể hoạt động hoặc bị vô hiệu hóa.

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

Tuy nhiên, nếu các nhà khoa học thêm một chuỗi DNA mẫu khác

to their CRISPR cocktail,

vào phức hợp CRISPR,

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

protein sẽ thực thi một quá trình sửa chữa DNA khác,

called homology directed repair.

gọi là sửa chữa tương đồng.

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

DNA mẫu này được dùng để hướng dẫn quá trình tái cấu trúc,

repairing a defective gene

sửa chữa gen lỗi

or even inserting a completely new one.

hoặc thậm chí, chèn thêm một gen hoàn toàn mới.

The ability to fix DNA errors

Khả năng sửa lỗi DNA

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

nghĩa là CRISPR có khả năng tạo ra phương pháp điều trị bệnh mới

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

liên quan đến các lỗi di truyền, như xơ nang hay hồng cầu hình liềm.

And since it’s not limited to humans,

Và vì không giới hạn chỉ ở con người, các ứng dụng của nó gần như vô tận.

the applications are almost endless.

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

CRISPR có thể tạo ra các giống cây trồng có quả lớn hơn,

mosquitoes that can’t transmit malaria,

các loài muỗi không thể truyền bệnh sốt rét

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

hay thậm chí, lập trình lại các tế bào ung thư kháng thuốc.

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

Nó cũng là một công cụ quyền năng để nghiên cứu bộ gen,

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

cho phép các nhà khoa học nghiên cứu các gen bị vô hiệu hóa

or changed within an organism.

hoặc thay đổi ở một sinh vật.

CRISPR isn’t perfect yet.

CRISPR vẫn chưa hoàn thiện.

It doesn’t always make just the intended changes,

Không phải lúc nào nó cũng tạo ra những thay đổi như dự định,

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

và vì khó dự đoán các tác động lâu dài nó,

this technology raises big ethical questions.

công nghệ này vẫn còn là câu hỏi lớn về vấn đề đạo đức.

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

Con đường phía trước sẽ tùy thuộc vào quyết định của ta

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

khi CRISPR bước ra khỏi giới hạn của các sinh vật đơn bào,

and heads into labs, farms, hospitals,

đi vào phòng thí nghiệm, trang trại, bệnh viện,

and organisms around the world.

và cơ thể các sinh vật trên toàn thế giới.