How CRISPR lets us edit our DNA | Jennifer Doudna

Překladatel: Honza Prokes Korektor: Kačka Figarová

A few years ago,

Před pár lety

with my colleague, Emmanuelle Charpentier,

jsme s kolegyní Emmanuelle Charpentiere

I invented a new technology for editing genomes.

objevily novou technologii editace genomů.

It's called CRISPR-Cas9.

Jmenuje se CRISPR-Cas9.

The CRISPR technology allows scientists to make changes

Dovoluje vědcům měnit

to the DNA in cells

DNA v buňkách,

that could allow us to cure genetic disease.

a tím léčit genetické choroby.

You might be interested to know

K objevu došlo,

that the CRISPR technology came about through a basic research project

když jsme v rámci základního výzkumu zkoumaly,

that was aimed at discovering how bacteria fight viral infections.

jak se bakterie brání virové nákaze.

Bacteria have to deal with viruses in their environment,

Bakterie mohou být napadeny viry.

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

Virová nákaza je pro ně jako časovaná bomba.

a bacterium has only a few minutes to defuse the bomb

Bakterie má jen několik minut, aby bombu zneškodnila.

before it gets destroyed.

Jinak sama zahyne.

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

Mnoho bakterií má proto v buňkách imunitní systém zvaný CRISPR.

that allows them to detect viral DNA and destroy it.

Ten detekuje a ničí virální DNA.

Part of the CRISPR system is a protein called Cas9,

Částí systému CRISPR je bílkovina Cas9.

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

Ta dokáže najít, odříznout a nakonec rozložit virální DNA.

in a specific way.

And it was through our research

Během výzkumu bílkoviny Cas9 jsme pochopili,

to understand the activity of this protein, Cas9,

that we realized that we could harness its function

že můžeme její schopnosti využít

as a genetic engineering technology --

v rámci genetického inženýrství.

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

Vědci s ní mohou neuvěřitelně přesně

z buněk odstraňovat či do nich vkládat úseky DNA.

with incredible precision --

that would offer opportunities

To nám umožňuje dělat věci, které dříve nebyly možné.

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

The CRISPR technology has already been used

Technologie CRISPR

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

už byla použita ke změně DNA v buňkách myší, opic

other organisms as well.

a dalších organismů.

Chinese scientists showed recently

Čínští vědci nedávno prokázali,

that they could even use the CRISPR technology

že takto mohou měnit geny lidských embryí.

to change genes in human embryos.

And scientists in Philadelphia showed they could use CRISPR

Vědci ve Filadelfii demonstrovali,

to remove the DNA of an integrated HIV virus

že s pomocí CRISPRu mohou odstranit DNA viru HIV

from infected human cells.

z nakažených lidských buněk.

The opportunity to do this kind of genome editing

Možnost takové editace genomu

also raises various ethical issues that we have to consider,

ovšem vybízí k etickým úvahám.

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

Tuto technologii lze aplikovat nejen na buňky dospělých,

but also in the embryos of organisms,

ale i na embrya různých organismů,

including our own species.

včetně nás.

And so, together with my colleagues,

A tak jsme s kolegy

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

svolali na téma této technologie celosvětovou diskuzi,

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

kde zvážíme její etické a společenské dopady.

of a technology like this.

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

Dnes vám chci povědět, co to technologie CRISPR je,

what it can do,

co dokáže,

where we are today

jak jsme s ní daleko

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

a proč si myslím, že bychom ji

in the way that we employ this technology.

měli rozvíjet dál, ale být opatrní.

When viruses infect a cell, they inject their DNA.

Když virus napadne buňku, vstříkne do ní svou DNA.

And in a bacterium,

Systém CRISPR u bakterií umožňuje, aby byla DNA viru nasáta a uložena

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

and inserted in little bits into the chromosome --

po malých částech do chromozomu,

the DNA of the bacterium.

tedy do DNA bakterie.

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

Část chromozomu, do níž se virální DNA vkládá a integruje, se nazývá CRISPR.

CRISPR stands for clustered regularly interspaced short palindromic repeats.

CRISPR znamená "soustředěná, pravidelně oddělená krátká palindromická opakování".

(Laughter)

Dost krkolomné.

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

Proto používáme zkratku CRISPR.

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

CRISPR je jako zápisník, kde si buňky evidují,

the viruses they have been exposed to.

jakým virům byly vystavené.

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

A hlavně tento zápisník předávají v DNA svým potomkům.

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

Buňky tak zůstávají před viry chráněny

but over many generations of cells.

po mnoho generací.

This allows the cells to keep a record of infection,

Jako by si vedly záznamy o prodělaných nemocech.

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

Můj kolega Blake Wiedenheft rád říká,

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

že CRISPR je vlastně očkovací průkaz buňky.

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

Jakmile jsou do chromozomu bakterie vloženy úseky virální DNA,

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

vytvoří buňka jejich malou kopii v podobě molekuly RNA.

which is orange in this picture,

Ta je ta oranžová.

that is an exact replicate of the viral DNA.

Je to přesný duplikát virální DNA.

RNA is a chemical cousin of DNA,

RNA je chemicky blízká DNA.

and it allows interaction with DNA molecules

Umožňuje interakci s molekulami DNA, ve kterých je shodná sekvence.

that have a matching sequence.

So those little bits of RNA from the CRISPR locus

Drobné úseky RNA z lokusu CRISPR

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

se navážou na bílkovinu Cas9.

which is white in the picture,

To je ta bílá.

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

Vzniklý celek funguje v buňce jako ochranka.

It searches through all of the DNA in the cell,

Hledá v buněčné DNA úsek,

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

který odpovídá sekvenci v navázané RNA.

And when those sites are found --

Když ho najde,

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

spojí se ten celek s DNA (která je na obrázku modře),

this complex associates with that DNA

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

a umožní skalpelu Cas9 odříznout virální DNA.

It makes a very precise break.

Řez je velmi přesný.

So we can think of the Cas9 RNA sentinel complex

Ochranný celek Cas9 s RNA lze chápat

like a pair of scissors that can cut DNA --

jako nůžky, které odštípnou DNA.

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

Přeruší obě vlákna šroubovice DNA.

And importantly, this complex is programmable,

Hlavně se však tento celek dá programovat,

so it can be programmed to recognize particular DNA sequences,

aby rozpoznal konkrétní sekvenci DNA

and make a break in the DNA at that site.

a v daném místě DNA přestřihl.

As I'm going to tell you now,

A tak jsme si uvědomili,

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

že lze daný mechanismus uplatnit v genovém inženýrství.

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

V místě řezu totiž můžeme

at the site where this break was introduced.

velmi přesně zasahovat do buněčné DNA.

That's sort of analogous

Je to jako automatická oprava překlepů

to the way that we use a word-processing program

to fix a typo in a document.

ve wordovském dokumentu.

The reason we envisioned using the CRISPR system for genome engineering

Využití CRISPRu v genovém inženýrství je možné díky tomu,

is because cells have the ability to detect broken DNA

že buňky umí detekovat a opravovat

and repair it.

poškozenou DNA.

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

Když rostlinná či živočišná buňka detekuje přerušené dvojvlákno DNA,

it can fix that break,

opraví ho.

either by pasting together the ends of the broken DNA

Buď tak, že k sobě naváže přerušené části DNA,

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

přičemž na místě spoje dojde k malé změně sekvence,

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

nebo mezeru zaplní novým kouskem DNA o odpovídající délce.

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

Pokud tedy dokážeme dvojvlákno DNA přerušit

at precise places,

na přesných místech,

we can trigger cells to repair those breaks,

jsou buňky nuceny přerušení opravit,

by either the disruption or incorporation of new genetic information.

čímž daný úsek buď rozruší, nebo nahradí novou genetickou informací.

So if we were able to program the CRISPR technology

Kdybychom technologii CRISPRu dokázali naprogramovat,

to make a break in DNA

aby přerušila DNA

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

například v místě mutace způsobující cystickou fibrózu,

we could trigger cells to repair that mutation.

přinutili bychom buňky danou mutaci opravit.

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

Genové inženýrství se rozvíjí už od 70. let.

We've had technologies for sequencing DNA,

Měli jsme technologie k sekvenování DNA,

for copying DNA,

ke kopírování DNA

and even for manipulating DNA.

i k manipulaci s DNA.

And these technologies were very promising,

Byly to slibné technologie,

but the problem was that they were either inefficient,

ale byly buď neefektivní,

or they were difficult enough to use

nebo příliš náročné.

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

Většina vědců je proto v laboratorních výzkumech neužívala

or certainly for many clinical applications.

a nenašly širší klinické uplatnění.

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

Proto nás láká možnost osvojit si a využívat technologii CRISPR.

because of its relative simplicity.

Je totiž poměrně jednoduchá.

We can think of older genome engineering technologies

Starší metody genetického inženýrství

as similar to having to rewire your computer

jsou jako počítač, který musíte přestavět

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

kdykoli na něm chcete spustit nový software.

whereas the CRISPR technology is like software for the genome,

Technologie CRISPR je naopak jako genový software.

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

Můžeme ji snadno programovat s použitím kousků RNA.

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

Jakmile je dvojvlákno DNA přerušeno,

we can induce repair,

můžeme vyvolat opravu,

and thereby potentially achieve astounding things,

a tím potenciálně dokázat ohromné věci.

like being able to correct mutations that cause sickle cell anemia

Například opravit mutace způsobující srpkovou anémii

or cause Huntington's Disease.

anebo Huntingtonovu chorobu.

I actually think that the first applications of the CRISPR technology

Osobně si myslím, že technologii CRISPR

are going to happen in the blood,

využijeme nejprve v krvi,

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

protože do ní lze tento nástroj vpravit snáze

compared to solid tissues.

než do pevné tkáně.

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

Momentálně se léčba lidských chorob

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

zkouší na modelových zvířatech, jako jsou myši.

The technology is being used to make very precise changes

Zkoumáme, jak přesné změny

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

v buněčné DNA ovlivňují tkáň,

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

popřípadě celý organismus.

Now in this example,

V tomto případě

the CRISPR technology was used to disrupt a gene

jsme s pomocí technologie CRISPR

by making a tiny change in the DNA

drobně pozměnili DNA v genu,

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

díky kterému jsou tyto myši černé.

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

Bílé myši se od svých černých sourozenců

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

liší jedinou malou změnou v jediném genu.

and they're otherwise completely normal.

Jinak jsou úplně normální.

And when we sequence the DNA from these animals,

Sekvenace jejich DNA odhalí,

we find that the change in the DNA

že ke změně v DNA došlo

has occurred at exactly the place where we induced it,

přesně na místě, kde jsme ji vyvolali

using the CRISPR technology.

s pomocí technologie CRISPR.

Additional experiments are going on in other animals

Experimenty probíhají i na jiných zvířatech,

that are useful for creating models for human disease,

které jsou vhodnými modely pro lidské choroby,

such as monkeys.

například na opicích.

And here we find that we can use these systems

S pomocí daných postupů můžeme

to test the application of this technology in particular tissues,

testovat technologii CRISPR na konkrétních tkáních,

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

abychom například zjistili, jak lze CRISPR vpravit do buněk.

We also want to understand better

Chceme také lépe

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

kontrolovat proces opravy DNA po jejím přerušení

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

a kontrolovat či eliminovat potenciální nepřesnosti

or unintended effects of using the technology.

či nezamýšlené účinky této technologie.

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

Klinického užití této technologie na dospělých

certainly in adults,

se určitě dočkáme

within the next 10 years.

do deseti let.

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

Během té doby nejspíš dojde

and possibly even approved therapies within that time,

ke klinickým testům a snad i k vylepšení léčebných metod.

which is a very exciting thing to think about.

To je vzrušující pomyšlení.

And because of the excitement around this technology,

A díky tomu

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

vzniká mnoho společností,

that have been founded to commercialize the CRISPR technology,

které chtějí technologii CRISPR využít komerčně.

and lots of venture capitalists

A řada venture investorů

that have been investing in these companies.

do nich investuje.

But we have to also consider

Jenže technologie CRISPR

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

může sloužit i ke genetickému vylepšování.

Imagine that we could try to engineer humans

Můžeme s ní zkusit vytvořit člověka,

that have enhanced properties, such as stronger bones,

který by měl například pevnější kosti

or less susceptibility to cardiovascular disease

nebo byl méně náchylný ke kardiovaskulárním chorobám

or even to have properties

či měl prostě

that we would consider maybe to be desirable,

vlastnosti, které by se nám líbily,

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

například by byl vyšší nebo měl určitou barvu očí.

"Designer humans," if you will.

Zkrátka "člověka na přání".

Right now, the genetic information

Zatím ještě většinou

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

nevíme, které typy genů mohou

is mostly not known.

dát takovým rysům vzniknout.

But it's important to know

Ale uvědomme si,

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

že technologie CRISPR nám dává možnost takové změny provést,

once that knowledge becomes available.

jakmile potřebné znalosti získáme.

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

Musíme se proto zamyslet nad řadou etických otázek.

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

Proto jsme s kolegy vyzvali k úplnému pozastavení klinického využívání

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

technologie CRISPR na lidských embryích.

to give us time

Potřebujeme čas,

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

abychom se zamysleli nad všemi dopady toho, co děláme.

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

K tomuto pozastavení máme důležitý precedent

from the 1970s,

ze 70. let,

when scientists got together

kdy vědci vyhlásili

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

moratorium na molekulární klonování,

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

dokud nebude pečlivě ověřena a testována jeho bezpečnost.

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

Geneticky upravení lidé tu s námi ještě nejsou,

but this is no longer science fiction.

ale už to není sci-fi.

Genome-engineered animals and plants are happening right now.

Genetická úprava zvířat a rostlin už je tady.

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

Klade to na nás ohromnou zodpovědnost.

to consider carefully both the unintended consequences

Musíme zvážit nejen zamýšlené důsledky,

as well as the intended impacts of a scientific breakthrough.

ale i nezamýšlené dopady vědeckého pokroku.

Thank you.

Děkuji.

(Applause)

(Potlesk.)

(Applause ends)

(Potlesk utichá.)

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

Bruno Giussani: Jennifer, tahle technologie má ohromný dopad.

as you pointed out.

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

To, že žádáš o pozastavení, o moratorium,

is incredibly responsible.

je nesmírně zodpovědné.

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

Tuhle technologii lze využít k léčbě,

but then there are the un-therapeutic ones

ale i k jiným účelům,

and they seem to be the ones gaining traction,

a právě ty přitahují mediální pozornost.

particularly in the media.

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

V časopise Economist vyšel článek "Editované lidství".

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

Je celý o genetickém vylepšování, nikoli o využití k léčbě.

What kind of reactions did you get back in March

Jak tvoji vědečtí kolegové

from your colleagues in the science world,

v březnu reagovali,

when you asked or suggested

když jsi jim navrhla

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

pozastavit se a zamyslet se?

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

Jennifer Doudna: Myslím, že kolegy potěšila

to have the opportunity to discuss this openly.

možnost otevřené diskuze.

It's interesting that as I talk to people,

Mluvím o tom s lidmi,

my scientific colleagues as well as others,

nejen s vědeckými kolegy, a existuje široké spektrum názorů.

there's a wide variety of viewpoints about this.

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

O tématu je tedy určitě třeba pečlivě přemítat a debatovat.

BG: There's a big meeting happening in December

BG: Na prosinec jsi s kolegy

that you and your colleagues are calling,

z Národní akademie věd i odjinud zorganizovala velké setkání.

together with the National Academy of Sciences and others,

Co konkrétně si od něho slibuješ?

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

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

JD: To, že zazní názory

of many different individuals and stakeholders

řady různých jednotlivců a zainteresovaných osob,

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

které chtějí tuto technologii využívat zodpovědně.

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

Dosáhnout shodného pohledu je asi nemožné,

but I think we should at least understand

ale měli bychom aspoň pochopit,

what all the issues are as we go forward.

jaké nás odteď čekají problémy.

BG: Now, colleagues of yours,

BG: Tvoji kolegové

like George Church, for example, at Harvard,

jako George Church z Harvardu,

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

říkají: "Etika je v podstatě otázka bezpečnosti.

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

Stačí jen dostatečně dlouho testovat, a pak můžeme přejít i na člověka."

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

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

Část odborníků si tedy myslí,

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

že bychom se do toho měli naplno opřít.

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

Může se vědecká komunita kvůli tomu rozdělit?

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

Že by se část vědců z etických důvodů držela zpátky,

because they have ethical concerns,

and some others just going forward

ale v zemích, kde by nebyla regulace, by se pokračovalo?

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

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

JD: Každá nová technologie, a zvlášť taková jako tahle,

there are going to be a variety of viewpoints,

přináší řadu různých pohledů.

and I think that's perfectly understandable.

To je úplně pochopitelné.

I think that in the end,

Podle mě nakonec ke genetickým úpravám lidí s touto technologií dojde.

this technology will be used for human genome engineering,

but I think to do that without careful consideration and discussion

Ale bylo by nezodpovědné dělat to bez úvah a debat

of the risks and potential complications

o případných rizicích a komplikacích.

would not be responsible.

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

BG: Podobně překotně se rozvíjejí i jiné

that are developing exponentially, pretty much like yours.

technologie a vědní obory.

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

Umělá inteligence, samostatní roboti a podobně.

No one seems --

Kromě tematiky válečných robotů ale k podobným debatám nedochází.

aside from autonomous warfare robots --

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

in calling for a moratorium.

Nikdo nenavrhuje žádná moratoria. Může vaše debata inspirovat další obory?

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

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

JD: Pro vědce není jednoduché vylézt z laboratoře.

Speaking for myself,

Pro mě osobně

it's a little bit uncomfortable to do that.

to není zrovna příjemné.

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

Ale to, že jsem stála u zrodu téhle technologie,

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

mě činí spolu s mými kolegy zodpovědnou.

And I would say that I certainly hope that other technologies

A doufám, že i u ostatních technologií dojde k zamyšlení,

will be considered in the same way,

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

tak jako se my zamýšlíme

in other fields besides biology.

nad dopady mimo biologii.

BG: Jennifer, thanks for coming to TED.

BG: Díky za účast na TEDu.

JD: Thank you.

JD: Děkuju.

(Applause)

(Potlesk.)