How CRISPR lets us edit our DNA | Jennifer Doudna

Translator: Radost Tsvetkova Reviewer: Anton Hikov

A few years ago,

Преди няколко години

with my colleague, Emmanuelle Charpentier,

заедно с колегата ми Еманюел Шарпантие

I invented a new technology for editing genomes.

изобретихме нова технология за промяна на геноми.

It's called CRISPR-Cas9.

Нарича се CRISPR-Cas9.

The CRISPR technology allows scientists to make changes

Технологията CRISPR-Cas9 позволява на учените да правят промени

to the DNA in cells

в ДНК в клетките,

that could allow us to cure genetic disease.

което може да ни позволи да лекуваме генетични заболявания.

You might be interested to know

Може да ви е интересно да научите,

that the CRISPR technology came about through a basic research project

че технологията CRISPR бе открита по време на обикновено проучване,

that was aimed at discovering how bacteria fight viral infections.

целящо да научи как бактериите се борят с вирусните инфекции.

Bacteria have to deal with viruses in their environment,

Бактериите имат досег до различни вируси в тяхната среда,

and we can think about a viral infection like a ticking time bomb --

а за вирусната инфекция можем да мислим като за бомба с часовников механизъм:

a bacterium has only a few minutes to defuse the bomb

бактерията има само няколко минути да обезвреди бомбата

before it gets destroyed.

преди тя да избухне и да я убие.

So, many bacteria have in their cells an adaptive immune system called CRISPR,

И така, много бактерии имат в клетките си адаптивна имунна система, наречена CRISPR,

that allows them to detect viral DNA and destroy it.

която им позволява да разпознаят ДНК на даден вирус и да го унищожат.

Part of the CRISPR system is a protein called Cas9,

Част от системата CRISPR е протеин, наречен Cas9,

that's able to seek out, cut and eventually degrade viral DNA

който има способността да намира, прерязва и по този начин да разгражда вирусно ДНК

in a specific way.

по специфичен начин.

And it was through our research

По време на проучването ни

to understand the activity of this protein, Cas9,

върху действието на този протеин, Cas9,

that we realized that we could harness its function

осъзнахме, че можем да използваме тази му функция

as a genetic engineering technology --

като технология за генно инженерство -

a way for scientists to delete or insert specific bits of DNA into cells

начин за учените да изтриват и добавят специфични части ДНК в клетките

with incredible precision --

с невероятна прецизност -

that would offer opportunities

това щеше да ни даде възможността

to do things that really haven't been possible in the past.

да правим неща, които не бяха възможни в миналото.

The CRISPR technology has already been used

Технологията CRISPR вече е използвана

to change the DNA in the cells of mice and monkeys,

за промяна в ДНК в клетките на мишки и маймуни,

other organisms as well.

както и на други организми.

Chinese scientists showed recently

Китайски учени наскоро показаха,

that they could even use the CRISPR technology

че дори могат да използват технологията CRISPR

to change genes in human embryos.

за промяна на гените на човешки ембриони.

And scientists in Philadelphia showed they could use CRISPR

А учени във Филаделфия показаха, че могат да използват CRISPR

to remove the DNA of an integrated HIV virus

за премахване на ДНК на интегриран ХИВ вирус

from infected human cells.

от инфектирани човешки клетки.

The opportunity to do this kind of genome editing

Възможността да се прави този тип промяна в генома

also raises various ethical issues that we have to consider,

повдига различни етични въпроси, които трябва да бъдат обмислени,

because this technology can be employed not only in adult cells,

защото тази технология може да бъде използвана не само за клетки на възрастен,

but also in the embryos of organisms,

но и при ембриони на различни организми,

including our own species.

включително на нашия вид.

And so, together with my colleagues,

И така, заедно с колегите ми

I've called for a global conversation about the technology that I co-invented,

призовахме за глобално обсъждане на технологията, на която съм съавтор,

so that we can consider all of the ethical and societal implications

за да можем да вземем предвид всички етични и обществени последствия

of a technology like this.

от употребата на подобна технология.

What I want to do now is tell you what the CRISPR technology is,

Това, което искам да направя сега, е да ви обясня какво е технологията CRISPR

и какво може да прави тя

what it can do,

where we are today

на този етап,

and why I think we need to take a prudent path forward

както и защо мисля, че трябва да предприемем предпазлив подход

in the way that we employ this technology.

в начина, по който я използваме.

When viruses infect a cell, they inject their DNA.

Когато вируси инфектират клетка, те инжектират тяхно ДНК.

And in a bacterium,

В една бактерия

the CRISPR system allows that DNA to be plucked out of the virus,

системата CRISPR позволява на това ДНК да бъде изтръгнато от вируса

and inserted in little bits into the chromosome --

и да бъде вкарано вътре в хромозомата

the DNA of the bacterium.

на ДНК на самата бактерия.

And these integrated bits of viral DNA get inserted at a site called CRISPR.

И тези малки частици ДНК от вируса се добавят към област, наречена CRISPR -

CRISPR stands for clustered regularly interspaced short palindromic repeats.

значи: групирани, равномерно разпределени, кратки палиндромни повторения.

(Laughter)

(Смях)

A big mouthful -- you can see why we use the acronym CRISPR.

Малко трудно за произнасяне - виждате защо използваме акронима CRISPR.

It's a mechanism that allows cells to record, over time,

Това е механизъм, който позволява на клетките да записват през времето

the viruses they have been exposed to.

вирусите, с които са имали контакт.

And importantly, those bits of DNA are passed on to the cells' progeny,

Важното е, че тези частички ДНК се предават на потомството на тези клетки,

so cells are protected from viruses not only in one generation,

така че клетките са защитени от вируси не само в едно поколение,

but over many generations of cells.

а през много поколения от клетки.

This allows the cells to keep a record of infection,

Това позволява на клетките да запазват архив на инфекциите

and as my colleague, Blake Wiedenheft, likes to say,

и, както обича да казва колегата ми Блейк Виденхефт,

the CRISPR locus is effectively a genetic vaccination card in cells.

траекторията CRISPR представлява генетичен имунизационен паспорт на клетките.

Once those bits of DNA have been inserted into the bacterial chromosome,

Веднъж щом тези частици ДНК бъдат добавени към хромозомата на бактерията,

the cell then makes a little copy of a molecule called RNA,

клетката вече може да направи малко копие на молекулата, наречено РНК,

which is orange in this picture,

което на изображението е показано в оранжево,

that is an exact replicate of the viral DNA.

което е точно копие на ДНК молекулата на вируса.

RNA is a chemical cousin of DNA,

РНК е химичен братовчед на ДНК

and it allows interaction with DNA molecules

и позволява взаимодействие с ДНК молекули,

that have a matching sequence.

които имат същата последователност.

So those little bits of RNA from the CRISPR locus

Тези малки частици РНК от траекторията на CRISPR

associate -- they bind -- to protein called Cas9,

се свързват с протеина Cas9,

който е показан в бяло на изображението,

which is white in the picture,

and form a complex that functions like a sentinel in the cell.

и формират комплекс, който действа като страж в клетката.

It searches through all of the DNA in the cell,

Той претърсва всички ДНК молекули на клетката

to find sites that match the sequences in the bound RNAs.

с цел да открие места, съответстващи си на последователностите, заложени в РНК.

And when those sites are found --

И когато открие тези места,

as you can see here, the blue molecule is DNA --

както виждате тук, синята молекула е ДНК,

this complex associates with that DNA

комплексът се свързва с това ДНК

and allows the Cas9 cleaver to cut up the viral DNA.

и позволява на Cas9 да отсече вирусната ДНК.

It makes a very precise break.

Прави изключително прецизно разрязване.

So we can think of the Cas9 RNA sentinel complex

Така че можем да мислим за защитния комплекс Cas9 РНК

like a pair of scissors that can cut DNA --

като за чифт ножици, които режат ДНК -

it makes a double-stranded break in the DNA helix.

те прекъсват двойната верига на ДНК спиралата.

And importantly, this complex is programmable,

Важното е, че комплексът е програмируем,

so it can be programmed to recognize particular DNA sequences,

може да бъде програмиран да разпознава определени ДНК последователности

and make a break in the DNA at that site.

и да прави разрез в този участък.

As I'm going to tell you now,

Както ще ви кажа сега,

we recognized that that activity could be harnessed for genome engineering,

признахме, че тази дейност може да бъде използвана за цели на генното инженерство:

to allow cells to make a very precise change to the DNA

за възможността клетките да правят много прецизни промени в своето ДНК

at the site where this break was introduced.

на местата, където е направен такъв срез.

That's sort of analogous

Това е нещо като аналог

to the way that we use a word-processing program

на начина, по който използваме текстообработващи програми,

to fix a typo in a document.

за да поправим печатни грешки в документ.

The reason we envisioned using the CRISPR system for genome engineering

Причината да сметнем системата CRISPR за подходяща за генно инженерство,

is because cells have the ability to detect broken DNA

е че клетките имат способността да засичат повредена ДНК

and repair it.

и да я поправят.

So when a plant or an animal cell detects a double-stranded break in its DNA,

Когато клетка на растение или животно засече прекъсване на двойна верига на ДНК,

it can fix that break,

тя може да поправи това прекъсване

either by pasting together the ends of the broken DNA

чрез слепване на двата края на прекъснатата ДНК

with a little, tiny change in the sequence of that position,

с помощта на едва забележима промяна в подредбата ѝ на това място,

или чрез интегриране на нова ДНК в участъка на прекъсване.

or it can repair the break by integrating a new piece of DNA at the site of the cut.

So if we have a way to introduce double-stranded breaks into DNA

Така че, ако има начин да предизвикаме прекъсване на двойната верига на ДНК

at precise places,

на точно определени места,

we can trigger cells to repair those breaks,

можем да предизвикаме клетките да поправят тези прекъсвания,

by either the disruption or incorporation of new genetic information.

или чрез разпада, или чрез вкарването на нов генетичен материал.

So if we were able to program the CRISPR technology

И така, ако сме способни да програмираме технологията на CRISPR

to make a break in DNA

да прекъсва ДНК

at the position at or near a mutation causing cystic fibrosis, for example,

на или близо до мястото на мутация, предизвикваща кистична фиброза например,

we could trigger cells to repair that mutation.

ще можем да предизвикаме клетките да поправят тази мутация.

Genome engineering is actually not new, it's been in development since the 1970s.

Генното инженерство на практика не е ново, развива се от 70-те години на 20 век.

We've had technologies for sequencing DNA,

Имали сме технологии за секвентиране на ДНК

for copying DNA,

и за копирането ѝ,

and even for manipulating DNA.

и дори за манипулиране на ДНК.

And these technologies were very promising,

И тези технологии бяха много обещаващи,

but the problem was that they were either inefficient,

но проблемът с тях бе, че бяха или недостатъчни,

or they were difficult enough to use

или твърде трудни за употреба,

that most scientists had not adopted them for use in their own laboratories,

така че повечето учени не ги бяха възприели в собствените си лаборатории,

or certainly for many clinical applications.

или поне не се използваха при много от клиничните случаи.

So, the opportunity to take a technology like CRISPR and utilize it has appeal,

Така че, възможността да си послужим с технологията на CRISPR е привлекателна,

because of its relative simplicity.

поради относително лесната работа с нея.

We can think of older genome engineering technologies

Можем да мислим за по-старите технологии за генно инженерство

as similar to having to rewire your computer

като да трябва да свързваш компютъра си наново

each time you want to run a new piece of software,

всеки път, щом решиш да инсталираш нов софтуер,

whereas the CRISPR technology is like software for the genome,

докато технологията CRISPR е като софтуер за генома,

we can program it easily, using these little bits of RNA.

лесно можем да я програмираме, използвайки малките частици РНК.

So once a double-stranded break is made in DNA,

Веднъж щом има прекъсване на двойната верига на ДНК,

we can induce repair,

можем да предприемем поправка

and thereby potentially achieve astounding things,

и по този начин да постигнем поразителни резултати,

like being able to correct mutations that cause sickle cell anemia

като например да поправяме мутации, предизвикващи сърповидно-клетъчна анемия

or cause Huntington's Disease.

или предизвикващи болест на Хънтингтън.

I actually think that the first applications of the CRISPR technology

Всъщност мисля, че първите приложения на технологията CRISPR

are going to happen in the blood,

ще са в кръвта,

where it's relatively easier to deliver this tool into cells,

където е относително по-лесно този инструмент да бъде вграден в клетките

compared to solid tissues.

в сравнение с твърдите тъкани.

Right now, a lot of the work that's going on

Голяма част от работата в момента

applies to animal models of human disease, such as mice.

се извършва върху модели на човешки заболявания при животни, например мишки.

The technology is being used to make very precise changes

Технологията се използва за направата на точно отмерени промени,

that allow us to study the way that these changes in the cell's DNA

позволяващи ни да проучим начина, по който тези промени в ДНК на клетката

affect either a tissue or, in this case, an entire organism.

повлияват дадена тъкан, или в този случай - целия организъм.

Now in this example,

В този случай

the CRISPR technology was used to disrupt a gene

технологията CRISPR беше използвана за разпад на ген

by making a tiny change in the DNA

чрез малка промяна в ДНК

in a gene that is responsible for the black coat color of these mice.

на гена, която отговаря за това козината на мишката да е черна.

Imagine that these white mice differ from their pigmented litter-mates

Представете си, че тези бели мишки се различават от черните си братя и сестри

by just a tiny change at one gene in the entire genome,

само по дребна промяна в един от гените на целия геном,

and they're otherwise completely normal.

а иначе са напълно нормални.

And when we sequence the DNA from these animals,

И определяйки първичната последователност на ДНК молекулите на тези животни,

we find that the change in the DNA

откриваме, че промяната в ДНК

has occurred at exactly the place where we induced it,

е настъпила точно на мястото, където сме я заложили,

using the CRISPR technology.

използвайки технологията CRISPR.

Additional experiments are going on in other animals

Допълнителни експерименти се правят с други животни,

that are useful for creating models for human disease,

при които могат да се създадат модели на човешки заболявания,

such as monkeys.

като маймуните например.

And here we find that we can use these systems

А тук откриваме, че можем да използваме тези системи,

to test the application of this technology in particular tissues,

за да тестваме употребата на технологията върху определени тъкани,

for example, figuring out how to deliver the CRISPR tool into cells.

например, откриваме как да вкараме инструментът CRISPR в клетките.

We also want to understand better

Също така искаме да разберем по-добре

how to control the way that DNA is repaired after it's cut,

как да контролираме начина, по който ДНК бива поправяна, след прекъсването,

and also to figure out how to control and limit any kind of off-target,

както и да открием как да контролираме и да ограничим евентуални нежелани

or unintended effects of using the technology.

или непланирани ефекти от употребата на технологията.

I think that we will see clinical application of this technology,

Мисля, че ще видим клинични приложения на тази технология,

certainly in adults,

със сигурност при възрастни

within the next 10 years.

в рамките на идните 10 години.

I think that it's likely that we will see clinical trials

Мисля, че е много вероятно да видим клинични изпитания

and possibly even approved therapies within that time,

и вероятно дори одобрени терапии за това време,

which is a very exciting thing to think about.

което е много вълнуващо.

And because of the excitement around this technology,

Поради вълнението покрай тази технология,

there's a lot of interest in start-up companies

има много голям интерес в стартиращи компании,

that have been founded to commercialize the CRISPR technology,

създадени с цел да комерсиализират технологията CRISPR,

and lots of venture capitalists

и много компании за рисков капитал,

that have been investing in these companies.

които са инвестирали в тях.

But we have to also consider

Но трябва да обмислим също и факта,

that the CRISPR technology can be used for things like enhancement.

че технологията CRISPR може да бъде използвана за подобрения.

Imagine that we could try to engineer humans

Представете си, че може да опитаме да създадем хора,

that have enhanced properties, such as stronger bones,

които имат подобрени качества, като например по-здрави кости

or less susceptibility to cardiovascular disease

или по-ниска чувствителност към сърдечно-съдови заболявания,

or even to have properties

или дори имат качества,

that we would consider maybe to be desirable,

които смятаме за желани,

като различен цвят на очите или различна височина, такива качества.

like a different eye color or to be taller, things like that.

"Designer humans," if you will.

"Дизайнерски човеци", можем да ги наречем.

Right now, the genetic information

В момента генетичната информация

to understand what types of genes would give rise to these traits

за това кой тип гени биха повишили тези характеристики

is mostly not known.

в голяма степен не ни е известна.

But it's important to know

Но е важно да се знае,

that the CRISPR technology gives us a tool to make such changes,

че технологията CRISPR ни дава инструмент, с който да направим тези промени,

once that knowledge becomes available.

стане ли известна тази информация.

This raises a number of ethical questions that we have to carefully consider,

Това повдига редица етични въпроси, които внимателно трябва да обмислим.

and this is why I and my colleagues have called for a global pause

Ето защо аз и колегите ми призоваваме за глобално доброволно спиране

на клиничните приложения на технологията CRISPR върху човешки ембриони,

in any clinical application of the CRISPR technology in human embryos,

to give us time

което да ни даде време

to really consider all of the various implications of doing so.

наистина да помислим за всички различни последствия от такива деяния.

And actually, there is an important precedent for such a pause

И всъщност, има един важен прецедент за подобно ограничение

from the 1970s,

от седемдесетте години на 20 век,

when scientists got together

когато учените единодушно решиха

to call for a moratorium on the use of molecular cloning,

да наложат мораториум върху употребата на молекулно клониране,

until the safety of that technology could be tested carefully and validated.

докато безопасността на технологията може да бъде внимателно тествана и потвърдена.

So, genome-engineered humans are not with us yet,

Така че, все още не се изправяме пред генетично модифицирани хора,

but this is no longer science fiction.

но това вече не е научна фантастика.

Genome-engineered animals and plants are happening right now.

Генно-модифицираните животни и растения в момента са факт.

А това поставя всички ни пред огромната отговорност

And this puts in front of all of us a huge responsibility,

to consider carefully both the unintended consequences

внимателно да обмислим както нежеланите последствия,

as well as the intended impacts of a scientific breakthrough.

така и търсените резултати от това научно откритие.

Thank you.

Благодаря ви.

(Applause)

(Ръкопляскане)

(Applause ends)

(Ръкопляскането свършва)

Bruno Giussani: Jennifer, this is a technology with huge consequences,

Бруно Джусани: "Дженифър, тази технология носи огромни последствия,

as you pointed out.

както ти изтъкна.

Your attitude about asking for a pause or a moratorium or a quarantine

Решението ти за призив за пауза или мораториум, или карантина,

is incredibly responsible.

е изключително отговорно.

There are, of course, the therapeutic results of this,

Разбира се, има терапевтични резултати от технологията,

but then there are the un-therapeutic ones

но има и не-терапевтични

and they seem to be the ones gaining traction,

и изглежда именно те набират скорост,

particularly in the media.

по специално сред медиите.

This is one of the latest issues of The Economist -- "Editing humanity."

Ето скорошно издание на сп. The Economist: "Редактиране на човечеството".

It's all about genetic enhancement, it's not about therapeutics.

Там става въпрос за генетични подобрения, а не за лечение на заболявания.

What kind of reactions did you get back in March

Какви бяха реакциите, които получи през месец март

from your colleagues in the science world,

от колегите ти в научната сфера,

when you asked or suggested

след като ги попита, или предложи,

that we should actually pause this for a moment and think about it?

да спрем за момент и да помислим добре?"

Jennifer Doudna: My colleagues were actually, I think, delighted

Дженифър Дудна: "Колегите ми според мен всъщност се зарадваха

на възможността да дискутират открито.

to have the opportunity to discuss this openly.

It's interesting that as I talk to people,

Интересно е това, че говорейки с хората,

my scientific colleagues as well as others,

с колегите ми учени, както и с много други,

there's a wide variety of viewpoints about this.

има много различни мнения по въпроса.

So clearly it's a topic that needs careful consideration and discussion.

Така че, очевидно това е тема, нуждаеща се от внимателно разглеждане и обсъждане."

BG: There's a big meeting happening in December

БД: "През декември ще се състои голям симпозиум,

that you and your colleagues are calling,

който ти и колегите ти свиквате

together with the National Academy of Sciences and others,

заедно с Националната академия на науките и с още други,

какъв е резултатът, който се надяваш да произлезе от този симпозиум?"

what do you hope will come out of the meeting, practically?

JD: Well, I hope that we can air the views

ДД: "Надявам се, че ще можем да обменим различни гледни точки,

of many different individuals and stakeholders

както индивидуални, така и на заинтересованите страни,

who want to think about how to use this technology responsibly.

които искат да обмислят как да използват тази технология отговорно.

It may not be possible to come up with a consensus point of view,

Може и да не успеем да достигнем до консенсус,

но мисля, че поне трябва да сме наясно

but I think we should at least understand

с всички проблеми, които ни очакват."

what all the issues are as we go forward.

БД: "Някои твои колеги,

BG: Now, colleagues of yours,

like George Church, for example, at Harvard,

като Джордж Чърч от Харвард например,

казват: "Да, етичните въпроси са просто притеснения за безопасност.

they say, "Yeah, ethical issues basically are just a question of safety.

Тестваме и тестваме, и тестваме отново с животни в лабораторни условия,

We test and test and test again, in animals and in labs,

and then once we feel it's safe enough, we move on to humans."

и чак след като се чувстваме достатъчно спокойни, тестваме върху хора."

So that's kind of the other school of thought,

Така че, това е друг поглед върху нещата:

that we should actually use this opportunity and really go for it.

че трябва да използваме възможността да правим тестове.

Is there a possible split happening in the science community about this?

Възможно ли е научното съсловие да се раздели на два лагера по въпроса?

I mean, are we going to see some people holding back

Имам предвид, ще видим ли хора, които спират тестването

because they have ethical concerns,

поради етични притеснения,

and some others just going forward

и други, които просто си продължават,

because some countries under-regulate or don't regulate at all?

защото някои държави нямат достатъчно силни или никакви регулации?"

JD: Well, I think with any new technology, especially something like this,

ДД: "Мисля, че с новите технологии, особено с нещо такова,

there are going to be a variety of viewpoints,

винаги има разнообразие от гледни точки

and I think that's perfectly understandable.

и мисля, че това е напълно разбираемо.

I think that in the end,

Мисля, че в крайна сметка

this technology will be used for human genome engineering,

технологията ще бъде използвана за генно инженерство върху хората,

but I think to do that without careful consideration and discussion

но смятам, че без внимателно обмисляне и обсъждане

of the risks and potential complications

на рисковете и възможните усложнения,

would not be responsible.

това няма да бъде отговорно."

BG: There are a lot of technologies and other fields of science

БД: "Има много други технологии и други сфери на науката,

that are developing exponentially, pretty much like yours.

които се развиват главоломно, също като твоята.

I'm thinking about artificial intelligence, autonomous robots and so on.

Визирам: изкуствения интелект, автономните роботи и така нататък.

No one seems --

Никой изглежда не -

aside from autonomous warfare robots --

настрана от автономните военни роботи -

nobody seems to have launched a similar discussion in those fields,

никой изглежда не е повдигал подобна дискусия в областта си

in calling for a moratorium.

с цел да се наложи мораториум.

Do you think that your discussion may serve as a blueprint for other fields?

Мислиш ли, че твоята инициатива може да послужи за пример в други области?"

JD: Well, I think it's hard for scientists to get out of the laboratory.

ДД: "Мисля, че за учените е трудно да излязат извън лабораторията.

Speaking for myself,

Говорейки за себе си,

it's a little bit uncomfortable to do that.

има известно чувство на дискомфорт да направим това.

But I do think that being involved in the genesis of this

Но бидейки част от зараждането на всичко това,

really puts me and my colleagues in a position of responsibility.

аз и колегите ми сме поставени в позиция, в която трябва да носим отговорност.

And I would say that I certainly hope that other technologies

И бих казала, че определено се надявам други технологии

will be considered in the same way,

да бъдат обмислени по подобен начин,

just as we would want to consider something that could have implications

също както бихме обмислили нещо, което може да има непредвидени последици

in other fields besides biology.

в области и извън биологията."

BG: Jennifer, thanks for coming to TED.

БД: "Благодаря, че дойде в TED."

JD: Thank you.

ДД: "Аз благодаря."

(Applause)

(Ръкопляскане)