Co powinniście wiedzieć o CRISPR

Czy powinniśmy przywrócić mamuta albo redagować ludzki embrion? Albo zgładzić gatunek, który uważamy za szkodliwy? Technika edytowania genomu CRISPR spowodowała, że takie pytania są uzasadnione - ale jak to działa? Naukowiec i kierownik lokalnego laboratorium Ellen Jorgensen prowadzi osobistą misję uświadamiania szerokiej społeczności na temat mitów i prawd dotyczących CRISPR.

Czy słyszeliście o CRISPR?

Zdziwiłabym się gdyby nie.

To technika używana
do edytowania genomu.

Niezwykle wszechstronna i kontrowersyjna,

wywołująca mnóstwo
interesujących dyskusji.

Czy powinniśmy przywrócić mamuta?

Czy powinniśmy edytować ludzki embrion?

Moje ulubione:

Jak usprawiedliwimy wytępienie gatunku

uważanego za groźny dla ludzi?

Zmieść z powierzchni ziemi

za pomocą tej techniki?

Ta gałąź nauki rozwija się szybciej

niż regulujące ją mechanizmy.

Przez ostatnich sześć lat

moją osobistą misją

było uświadomienie,
jak największej liczby ludzi,

o tego rodzaju
technikach i ich implikacjach.

CRISPR jest przedmiotem
ogromnego szumu w prasie.

Najczęściej określa się go
"łatwym" i "tanim".

Pomówmy więc o tym szerzej

i przyjrzyjmy się
otaczającym go prawdom i mitom.

Ażeby przeprowadzić CRISPR na genomie

najpierw trzeba zniszczyć DNA.

Zniszczenie polega
na rozerwaniu podwójnej nici

na całej długości helisy.

Następnie rozpoczyna się
proces odbudowy komórkowej,

podczas którego skłania się je

do wprowadzenia pożądanych zmian,

niezgodnych z naturą.

Tak to działa.

Jest to dwuczęściowy system.

Mamy białko Cas9 i coś co nazywamy gRNA.

Myślę o tym, jak o sterowanym pocisku.

Cas9, lubię antropomorfizować,

jest jak Pac-Man,

który chce dobrać się do DNA.

gRNA jest smyczą,
która trzyma go z daleka od genomu

do momentu,
gdy znajdzie miejsce, do którego pasuje.

Połączenie tych dwóch nazywa się CRISPR.

To sposób podpatrzony

u pradawnego systemu
odpornościowego bakterii.

Zdumiewający jest fakt, że gRNA

używa tylko 20 liter

do redagowania celu.

Jest łatwy do zaprogramowania

i tani do zakupu.

Tylko ta część ulega zmianie.

Reszta pozostaje taka sama.

Dlatego to niezwykle łatwy
i skuteczny w użyciu system.

gRNA i białko Cas9 łączą się

i jako para poruszają wzdłuż genomu

w poszukiwaniu miejsca
do którego pasuje gRNA.

Następnie wślizgują się między
nici podwójnej helisy

i rozrywają ją.

To pobudza białko Cas9 do cięcia

co powoduje,

że komórka zaczyna panikować

bo część jej DNA jest uszkodzone.

Co teraz?

Komórka wzywa grupę ratunkową.

Istnieją dwa główne sposoby naprawy.

Pierwszy, to proste
połączenie dwóch kawałków DNA.

Niezbyt efektywne

bo czasami jakiś kawałek jest zgubiony

albo dodany.

To jest użyteczne,
gdy chcemy usunąć gen

ale nie jest przydatne
przy edytowaniu genomu.

Drugi sposób jest ciekawszy.

W tym sposobie

używamy homologicznego kawałka DNA.

Dla przypomnienia,
ludzie są organizmami diploidalnymi.

Mamy jedną kopię genomu
od matki i jedną od ojca.

Gdy jedna jest uszkodzona

organizm może użyć
drugiej kopii do naprawy.

Tak to wygląda.

Naprawa jest zakończona

i genom jest bezpieczny.

Sposób, w jaki to kontrolujemy,

polega na dodaniu zmodyfikowanego DNA

pomiędzy dwa homologiczne końce

tego samego odcinka.

W środku może być cokolwiek.

Komórka tego nie rozpozna.

Można zmienić literę

albo usunąć kilka liter.

Co najważniejsze,
można wstawić całe nowe DNA.

Trochę, jak koń trojański.

CRISPR jest doskonały.

Może okazać się
katalizatorem dla ogromnej liczby

osiągnięć naukowych.

Powodem jest jego
modułowy system celowania.

Od dawna potrafimy wprowadzić
obce DNA do organizmu gospodarza

ale dzięki modułowemu systemowi celowania

możemy wprowadzić je w pożądane miejsce.

Rzecz w tym, że nazywamy go tanim

i łatwym.

Prowadzę lokalne laboratorium

Zaczęłam dostawać maile
od ludzi z pytaniami:

"Mogę przyjść do twojego laboratorium

i użyć CRISPR,
żeby udoskonalić mój genom?"

(Śmiech)

Naprawdę?

"Nie, nie możesz".

(Śmiech)

"Ale słyszałem, że to jest łatwe i tanie".

Porozmawiajmy więc o tym.

Co znaczy tani?

Jest tani w porównaniu.

Jasne, że średni koszt materiału
użytego w eksperymencie

obniży się z tysiąca do kilkuset dolarów.

Skraca też czas eksperymentu

z tygodni do dni.

Świetnie.

Nadal potrzebne
jest profesjonalne laboratorium.

Nie da się zrobić niczego
sensownego bez takiego laboratorium.

Nie słuchajcie ludzi,

którzy mówią, że można
tego dokonać na stole kuchennym.

To nie jest też łatwy zabieg.

Nie wspominając o prawach patentowych.

Nawet jeśli coś odkryjesz.

Instytut Broad i Uniwersytet Berkeley
prowadzą teraz wojnę o patent.

Fascynujące do śledzenia.

Oskarżają się nawzajem
o nielegalne roszczenia

i mają świadków mówiących:

"O tak, podpisałem się
pod notatkami tutaj i tutaj".

To będzie się ciągnęło przez lata.

A gdy się skończy,

ktoś zapewne zapłaci
ogromne opłaty za licencje,

żeby używać tego wynalazku.

Czy to naprawdę jest tanie?

Tak, jeśli masz swoje laboratorium
i wykonujesz prosty test.

Czy jest łatwy? Sprawdźmy to.

Diabeł zawsze tkwi w szczegółach.

Nie wiemy jeszcze wszystkiego o komórkach.

Są "czarnymi skrzynkami".

Na przykład nie wiemy dlaczego
niektóre gRNA działają doskonale

a niektóre gRNA nie działają.

Nie wiemy dlaczego niektóre komórki
wybierają jeden sposób naprawy

a inne wolą inny.

Poza tym,

mamy cały problem wprowadzenia
tego mechanizmu do komórki

w pierwszej kolejności.

Na szalce Petriego to nie jest trudne.

W żywym organizmie

jest to złożony proces.

Łatwiej jest gdy posłużymy się
krwią albo szpikiem kostnym.

Dlatego są one celem wielu badań.

Był przypadek dziewczynki
chorej na białaczkę.

Pobrano jej krew.

Zredagowano ją
i wprowadzono ponownie

do obiegu z prekursorem CRISPR.

To jest pole badań
nad którym skupiają się naukowcy.

Obecnie, żeby dokonać
zmiany w całym organizmie

trzeba prawdopodobnie użyć wirusa.

Bierze się wirus,
i wprowadza do niego CRISPR.

Pozwala się mu zainfekować komórkę.

Tylko, że teraz w organizmie
mamy też wirusa

i nie wiemy, jakie będą tego
długoterminowe efekty.

W dodatku CRISPR wywołuje skutki uboczne.

Niski procent ale jednak.

Co się stanie z tym z biegiem czasu?

To nie są banalne pytania.

Niektórzy naukowcy starają się
znaleźć na nie odpowiedź.

Z czasem zapewne
znajdziemy rozwiązanie.

Ale to nie jest jeszcze podłącz-i-używaj.
Zabierze to trochę czasu.

Więc jest to łatwy sposób?

Jeśli ktoś pracuje nad tym konkretnym
problemem przez kilka lat,

odpowiedź brzmi: tak.

Następny problem.

Tak naprawdę nie wiemy za bardzo,
jak wywołać pożądany efekt,

dokonując jakiejś edycji genomu.

Jesteśmy dalecy od zrozumienia,

jak dać świni skrzydła albo piątą nogę.

Zgodzę się na dodatkową nogę.

Byłoby super!

Tylko, że prawda jest inna.

CRISPR jest używany
przez tysiące naukowców

do pracy nad ważnymi zagadnieniami.

Na przykład do udoskonalenia
modeli chorób u zwierząt,

do produkcji cennych
związków chemicznych

i wprowadzeniem ich
do procesu fermentacji w kadziach

albo do prostych prac
badawczych nad funkcjami genów.

To informacje o CRISPR,
które powinniśmy nagłaśniać.

Nie podoba mi się, że te efekciarskie

dominują w mediach.

Wielu naukowców przyczyniło się
do opracowaniem metody CRISPR.

Szczególnie interesujące jest to,

że żyjemy w społeczeństwie,
które popiera ich pracę.

Pomyślcie.

Istniejąca infrastruktura
pozwala pewnej liczbie ludzi

na poświęcenie czasu tylko na badania.

Oznacza to, że wszyscy mamy
udział w wynalezieniu CRISPR.

Powiem więcej,
jesteśmy jego strażnikami.

Wszyscy jesteśmy odpowiedzialni.

Chciałabym zachęcić wszystkich
do zapoznania się z tymi technikami.

To jedyny sposób, który ułatwi nam

zadecydowanie
o ich wartości i przydatności.

A także o ich pozytywnym rezulatcie

zarówno dla nas, jak i dla planety.

Dzięki.