Всички ли са чували за CRISPR? Щях да съм шокирана, ако не сте.
So, has everybody heard of CRISPR? I would be shocked if you hadn't.
Това е технология за редакция на генома, която е толкова многостранна и толкова спорна, че поражда всякакви видове интересни дискусии. Трябва ли да върнем мамута обратно? Трябва ли да редактираме генома на човешки ембрион? И моето любимо: Как бихме могли да оправдаем заличаването на цял биологичен вид, който смятаме за опасен за човечеството, от лицето на Земята, използвайки тази технология?
This is a technology -- it's for genome editing -- and it's so versatile and so controversial that it's sparking all sorts of really interesting conversations. Should we bring back the woolly mammoth? Should we edit a human embryo? And my personal favorite: How can we justify wiping out an entire species that we consider harmful to humans off the face of the Earth, using this technology?
Този вид наука се развива много по-бързо отколкото регулаторните механизми, които я ръководят. Затова през последните шест години направих моя лична мисия да се уверя, че колкото може повече хора разбират тези видове технологии и техните приложения.
This type of science is moving much faster than the regulatory mechanisms that govern it. And so, for the past six years, I've made it my personal mission to make sure that as many people as possible understand these types of technologies and their implications.
Понастоящем CRISPR е обект на огромно медийно внимание и думите, които се използват най-често, са „лесно“ и „евтино“. Така че това, което искам да направя, е да навляза малко по-навътре в темата и да разгледам някои митове и реалността около CRISPR.
Now, CRISPR has been the subject of a huge media hype, and the words that are used most often are "easy" and "cheap." So what I want to do is drill down a little bit deeper and look into some of the myths and the realities around CRISPR.
Ако се опитвате да използвате CRISPR върху геном, първото, което трябва да направите, е да увредите ДНК. Увреждането представлява двойноверижно скъсване на двойната спирала. След това се намесват клетъчните репарационни механизми, а ние ги убеждаваме да извършат поправката, която желаем, а не тази, която естествено биха осъществили. Така работи. Това е двукомпонентна система. Имате белтъка Cas9 и така наречената насочваща РНК. Правя сравнение с ракета с насочващ механизъм. Така Cas9, обичам да придавам одушевени характеристики, та Cas9 е насочваният агент, който иска да сдъвче ДНК, а насочващата РНК е каишката, която пази Cas9 далеч от генома докато не намери точния участък, в който да се свърже. Комбинацията от тези два компонента се нарича CRISPR. Система, която сме откраднали от много древна бактериална имунна система.
If you're trying to CRISPR a genome, the first thing that you have to do is damage the DNA. The damage comes in the form of a double-strand break through the double helix. And then the cellular repair processes kick in, and then we convince those repair processes to make the edit that we want, and not a natural edit. That's how it works. It's a two-part system. You've got a Cas9 protein and something called a guide RNA. I like to think of it as a guided missile. So the Cas9 -- I love to anthropomorphize -- so the Cas9 is kind of this Pac-Man thing that wants to chew DNA, and the guide RNA is the leash that's keeping it out of the genome until it finds the exact spot where it matches. And the combination of those two is called CRISPR. It's a system that we stole from an ancient, ancient bacterial immune system.
Частта, която прави технологията удивителна, е това, че само 20 азотни бази от насочващата РНК направляват системата. Това е много лесно за създаване и наистина евтино за закупуване. Именно тази част подлежи на промяна, всичко друго се запазва същото. Това прави системата забележително лесна и могъща.
The part that's amazing about it is that the guide RNA, only 20 letters of it, are what target the system. This is really easy to design, and it's really cheap to buy. So that's the part that is modular in the system; everything else stays the same. This makes it a remarkably easy and powerful system to use.
Насочващата РНК и белтъчният комплекс Cas9 се движат заедно по генома докато намерят място, където насочващата РНК се свързва. След това се вмъква между двете вериги на двойната спирала, разделя ги, което активира Cas9 и той осъществява срязване. И изведнъж имате клетка, която е в тотална паника, защото в нея е налична ДНК с нарушена цялост.
The guide RNA and the Cas9 protein complex together go bouncing along the genome, and when they find a spot where the guide RNA matches, then it inserts between the two strands of the double helix, it rips them apart, that triggers the Cas9 protein to cut, and all of a sudden, you've got a cell that's in total panic because now it's got a piece of DNA that's broken.
Какво прави клетката? Извиква първите си защитници. Съществуват два основни репарационни пътя. Първият просто хваща ДНК като доближава и съединява двата участъка. Механизмът не е ефективен, тъй като понякога някоя азотна база може да се премахне или добави. Това е, може би, добър начин да се премахне ген, но не по този начин искаме да провеждаме редакция на генома.
What does it do? It calls its first responders. There are two major repair pathways. The first just takes the DNA and shoves the two pieces back together. This isn't a very efficient system, because what happens is sometimes a base drops out or a base is added. It's an OK way to maybe, like, knock out a gene, but it's not the way that we really want to do genome editing.
Вторият репарационен път е доста по-интересен. При него се използва хомоложен участък ДНК. И обърнете внимание – при диплоиден организъм, като човека, едно копие на генома идва от майката и едно копие – от бащата. Така че, ако някое бъде увредено, може да се използва другата хромозома, за да се поправи. Оттук идва идеята. Поправката е направена и геномът отново е в безопасност.
The second repair pathway is a lot more interesting. In this repair pathway, it takes a homologous piece of DNA. And now mind you, in a diploid organism like people, we've got one copy of our genome from our mom and one from our dad, so if one gets damaged, it can use the other chromosome to repair it. So that's where this comes from. The repair is made, and now the genome is safe again.
Начинът, по който можем да използваме механизма, е да добавим фалшив ДНК участък, който е хомоложен в двата си края, но е различен в средата. Така поставяте каквото си поискате в средата и клетката ще бъде заблудена. Можете да променяте азотни бази, да ги премахвате, но най-важното е, че можете да добавите нова ДНК. Нещо подобно на Троянски кон.
The way that we can hijack this is we can feed it a false piece of DNA, a piece that has homology on both ends but is different in the middle. So now, you can put whatever you want in the center and the cell gets fooled. So you can change a letter, you can take letters out, but most importantly, you can stuff new DNA in, kind of like a Trojan horse.
CRISPR технологията ще е удивителна заради множеството научни приложения, при които ще бъде катализатор. Специалното за нея е тази променяща се насочваща система. Искам да кажа, натикваме ДНК в различни организми от години, нали? Но заради тази система, можем всъщност да я поставим точно там, където желаем.
CRISPR is going to be amazing, in terms of the number of different scientific advances that it's going to catalyze. The thing that's special about it is this modular targeting system. I mean, we've been shoving DNA into organisms for years, right? But because of the modular targeting system, we can actually put it exactly where we want it.
Въпросът е, че много се говори за това, че CRISPR е евтина и лесна технология. Ръководя лаборатория и започвам да получавам имейли от хора, които ми пишат неща като:
The thing is that there's a lot of talk about it being cheap and it being easy. And I run a community lab. I'm starting to get emails from people that say stuff like,
„Здрасти, мога ли да дойда по време на „Отворените врати“, за да използвам CRISPR и да си променя генома?“
"Hey, can I come to your open night and, like, maybe use CRISPR and engineer my genome?"
(Смях)
(Laugher)
Имам предвид...сериозно ли!
Like, seriously.
„Не, не можете.“
I'm, "No, you can't."
(Смях)
(Laughter)
„Но аз чух, че било евтино. И лесно.“
"But I've heard it's cheap. I've heard it's easy."
Ще обърнем малко повече внимание на това. Колко евтино може да бъде? Да, сравнително е така. Ще струва цената на обикновените материали за експеримент от хиляди до стотици долари като също така намалява доста времето за изпълнение. От седмици до дни. Това е прекрасно. Но все още имате нужда от професионална лаборатория, за да работите, иначе няма да можете да свършите нищо. Не слушайте никой, който твърди, че можете да правите такива неща на кухненската ви маса. Този вид работа не е никак лесна. Да не споменавам, че се води война за патент, така че дори и да изобретите нещо, в нея участват Институтът Броуд и Калифорнийския университет, Бъркли Много е интересно да се наблюдава, понеже се обвиняват взаимно в лъжливи твърдения. А има и хора, които твърдят: „О, получих подпис тук или там.“ Спорът няма да бъде разрешен с години, а когато това се случи със сигурност ще платите на някого огромна такса за лиценз, за да използвате технологията. Така че наистина ли е толкова евтино? Ами, да, ако провеждате научни изследвания и имате лаборатория.
We're going to explore that a little bit. So, how cheap is it? Yeah, it is cheap in comparison. It's going to take the cost of the average materials for an experiment from thousands of dollars to hundreds of dollars, and it cuts the time a lot, too. It can cut it from weeks to days. That's great. You still need a professional lab to do the work in; you're not going to do anything meaningful outside of a professional lab. I mean, don't listen to anyone who says you can do this sort of stuff on your kitchen table. It's really not easy to do this kind of work. Not to mention, there's a patent battle going on, so even if you do invent something, the Broad Institute and UC Berkeley are in this incredible patent battle. It's really fascinating to watch it happen, because they're accusing each other of fraudulent claims and then they've got people saying, "Oh, well, I signed my notebook here or there." This isn't going to be settled for years. And when it is, you can bet you're going to pay someone a really hefty licensing fee in order to use this stuff. So, is it really cheap? Well, it's cheap if you're doing basic research and you've got a lab.
А дали е лесно? Да разгледаме това твърдение. Дяволът е винаги в детайлите. Не знаем много за клетките. Все още са нещо като черна кутия. Например не знаем защо някои насочващи РНК молекули работят много добре, а други – не. Не знаем защо някои клетки използват един репарационен път, а други предпочитат различен.
How about easy? Let's look at that claim. The devil is always in the details. We don't really know that much about cells. They're still kind of black boxes. For example, we don't know why some guide RNAs work really well and some guide RNAs don't. We don't know why some cells want to do one repair pathway and some cells would rather do the other.
Освен това съществува и проблемът с вкарването на системата в клетката в самото начало. В петриева паничка не е чак толкова трудно, но ако го правите за цял организъм, става наистина сложно. Добре е, ако използвате например кръв или костен мозък – това са теми на много изследвания в момента.
And besides that, there's the whole problem of getting the system into the cell in the first place. In a petri dish, that's not that hard, but if you're trying to do it on a whole organism, it gets really tricky. It's OK if you use something like blood or bone marrow -- those are the targets of a lot of research now.
Имаше страхотна история за малко момиче, което спасили от левкимия като взели кръвта й, редактирали я и я върнали обратно с предшественик на CRISPR. Това е сфера на изследвания, с която хората ще се занимават. Но сега, ако искате да достигнете до цялото тяло, най-вероятно ще трябва да използвате вирус. Така че вземате вирус, поставяте в него CRISPR и го оставяте да инфектира клетката. Но сега пък вирусът се намира вътре и не знаем какви са дългосрочните ефекти от това. Също така CRISPR има допълнителни ефекти, малък процент, но все пак налични. Какво ще се случи с времето поради това?
There was a great story of some little girl who they saved from leukemia by taking the blood out, editing it, and putting it back with a precursor of CRISPR. And this is a line of research that people are going to do. But right now, if you want to get into the whole body, you're probably going to have to use a virus. So you take the virus, you put the CRISPR into it, you let the virus infect the cell. But now you've got this virus in there, and we don't know what the long-term effects of that are. Plus, CRISPR has some off-target effects, a very small percentage, but they're still there. What's going to happen over time with that?
Това не са тривиални въпроси и има учени, които се опитват да ги разрешат, и накрая, да се надяваме, че ще успеят. Но не е като просто да включите и да започнете да играете, изобщо. Следователно: лесно ли е? Е, ако за няколко години измислите как да работи за конкретната ви система, да, лесно е.
These are not trivial questions, and there are scientists that are trying to solve them, and they will eventually, hopefully, be solved. But it ain't plug-and-play, not by a long shot. So: Is it really easy? Well, if you spend a few years working it out in your particular system, yes, it is.
Друг момент е, че не знаем чак толкова много за това, как да предизвикаме конкретно нещо чрез промяна в определени части на генома. Много сме далеч от разбирането, как да дадем на прасето крила, например. Или пък допълнителен крак. Аз бих избрала него. Това би било яко, нали? Но това, което се случва, е, че хиляди учени използват CRISPR за изключително важна работа, като подобряване на животинските моделни системи за изследване на болести, или избор на пътища, произвеждащи ценни вещества, за използването им в индустриалната продукция и ферментатори, или дори изследване на това, какво правят гените.
Now the other thing is, we don't really know that much about how to make a particular thing happen by changing particular spots in the genome. We're a long way away from figuring out how to give a pig wings, for example. Or even an extra leg -- I'd settle for an extra leg. That would be kind of cool, right? But what is happening is that CRISPR is being used by thousands and thousands of scientists to do really, really important work, like making better models of diseases in animals, for example, or for taking pathways that produce valuable chemicals and getting them into industrial production in fermentation vats, or even doing really basic research on what genes do.
Това е историята за CRISPR, която трябва да разказваме. И не ми харесва, че другите аспекти пречат на това да бъде видяно. Много учени са работили усилено, за да може CRISPR да стане реалност и за мен е много интересно, че обществото ни ги подкрепя.
This is the story of CRISPR we should be telling, and I don't like it that the flashier aspects of it are drowning all of this out. Lots of scientists did a lot of work to make CRISPR happen, and what's interesting to me is that these scientists are being supported by our society.
Замислете се. Разполагаме с инфраструктура, която позволява на определен процент хора да прекарват времето си, провеждайки научни изследвания. Това прави всички ни създателите на CRISPR и бих казала, че това прави всички ни пастирите на CRISPR. Носим отговорност.
Think about it. We've got an infrastructure that allows a certain percentage of people to spend all their time doing research. That makes us all the inventors of CRISPR, and I would say that makes us all the shepherds of CRISPR. We all have a responsibility.
Затова ви подтиквам да учите за тези видове технологии, защото само по този начин ще бъдем способни да направляваме развитието и употребата им и да сме сигурни, че накрая резултатът ще е положителен и за планетата, и за нас.
So I would urge you to really learn about these types of technologies, because, really, only in that way are we going to be able to guide the development of these technologies, the use of these technologies and make sure that, in the end, it's a positive outcome -- for both the planet and for us.
Благодаря.
Thanks.
(Аплодисменти)
(Applause)