Hat jeder von CRISPR gehört? Ich wäre überrascht, wenn nicht.
So, has everybody heard of CRISPR? I would be shocked if you hadn't.
Es ist eine Technik, das Genom zu verändern. Sie ist so vielseitig und widersprüchlich, dass sie für spannende Diskussionen sorgt. Sollten wir das Mammut auferstehen lassen? Sollten wir Embryonen verändern? Mein persönlicher Favorit: Wie können wir eine Spezies, die wir als gefährlich für Menschen erachten, mit Hilfe dieser Technik zuverlässig von der Erde tilgen?
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?
Die Forschung entwickelt sich sehr viel schneller als die Regulärien, die sie begleiten. Deshalb habe ich es in den letzten 6 Jahren zu meiner persönlichen Mission gemacht, sicherzustellen, dass so viele Menschen wie möglich verstehen, was diese Techniken und ihre Folgen sind.
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.
CRISPR wurde in den Medien sehr gehypt. Sie verwendeten meist Worte wie "einfach" und "billig". Darauf will ich näher eingehen und einige Mythen und Wahrheiten von CRISPR betrachten.
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.
Wenn Sie mit CRISPR ein Genom verändern wollen, müssen sie zuerst die DNA schädigen. Man führt einen Doppelstrang-Bruch in der Doppelhelix der DNA durch. Nun greift der Zellreparaturvorgang ein. Wir bringen den Reparaturvorgang dazu, so zu reparieren, wie wir es wollen, und nicht auf natürlichem Wege. So funktioniert es. Es ist ein zweistufiges System. Sie brauchen das Cas9-Protein und eine sogenannte guide-RNA Ich denke da an eine gelenkte Rakete. Das Cas9 -- ich vermenschliche gerne -- das Cas9 ist wie Pac-Man, und es will DNA schlucken. Die guide-RNA ist die Leine, die Cas9 vom Genom solange fern hält, bis es die genau passende Stelle findet. Diese Paarkombination heisst CRISPR. Wir klauten dieses System von einem sehr alten bakteriellen Immunsystem.
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.
Das Erstaunliche daran ist, daß die guide-RNA, nur 20 Buchstaben von ihr, das Ziel des Systems definiert. Das ist einfach herzustellen und günstig zu kaufen. Das ist der modulare Teil des Systems. Alles andere bleibt gleich. Das macht es bemerkenswert einfach und mächtig im Einsatz.
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.
Der gemeinsame Cas9- und guide-RNA-Proteinkomplex wandert solange entlang des Genoms, bis er eine Stelle findet, die zur guide-RNA passt. dann zwängt er sich zwischen die Doppelstränge und trennt die DNA mit Hilfe des Cas9-Proteins. Sofort haben wir eine Zelle, die in totale Panik geraten ist. Sie hat jetzt ein gebrochenes Stück DNA.
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.
Was macht die Zelle? Sie ruft ihren Notdienst. Zwei Arten von Reparatur sind möglich. Die erste nimmt die beiden Enden der DNA und fügt sie wieder zusammen. Das ist nicht sehr effizient. Manchmal fällt eine Base heraus, manchmal wird eine Base addiert. Das funktioniert, wenn man etwa ein Gen deaktivieren will, es ist jedoch kein Weg, wie wir ein Genom editieren wollen.
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.
Die zweite Art zu reparieren ist sehr viel interessanter. Bei diesem Reparaturmechanismus wird ein gleiches Stück DNA genommen. Bei uns Menschen mit 2 Chromosomensätzen haben wir je einen Satz von Mutter und Vater. Wenn ein Satz geschädigt wird, kann der andere Satz zur Reparatur gebraucht werden. Da kommt es her. Die Reparatur ist gemacht. Das Genome ist wieder in Ordnung.
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.
Wir können die Reparatur nun manipulieren, indem wir ein falsches Stück DNA anbieten, welches an beiden Enden gleich aussieht, aber in der Mitte etwas anderes trägt. Wir können in der Mitte alles Mögliche einfügen. Die Zelle wird getäuscht. Sie können einen Buchstaben ändern oder einen löschen, oder, vor allem, neue DNA einfügen. Es ist wie ein trojanisches Pferd.
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 wird immer erstaunlicher hinsichtlich der Anzahl der wissenschaftlichen Fortschritte, das es mit anstößt. Das Besondere daran ist das modulare Zielsystem. Wir haben jahrelang an der DNA unseres Organismus herummanipuliert. Mit diesem modularen Zielsystem können wir nun genau das, was wir wollen, einfügen.
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.
Es wird viel davon geredet, dass es billig sei, dass es einfach sei. Ich leite ein Gemeinschaftslabor Ich bekomme E-Mails von Leuten, die Dinge sagen, wie:
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,
"Kann ich zum Tag der offenen Tür kommen und CRISPR nutzen, um mein Genom zu bearbeiten?"
"Hey, can I come to your open night and, like, maybe use CRISPR and engineer my genome?"
(Lachen)
(Laugher)
Ernsthaft.
Like, seriously.
Ich: "Nein, können Sie nicht."
I'm, "No, you can't."
(Lachen)
(Laughter)
"Aber ich hörte, es sei günstig und einfach."
"But I've heard it's cheap. I've heard it's easy."
Schauen wir uns das näher an. Wie günstig ist es? Es ist vergleichsweise günstig. Es verringert die Materialkosten eines Experiments von tausenden zu hunderten von Dollar. Die Zeit wird auch erheblich verkürzt. Man braucht nur noch Tage statt Wochen. Das ist großartig. Sie brauchen immer noch ein professionelles Labor. Sie werden außerhalb eines Labors nichts Vernünftiges zustande bringen. Hören Sie nicht auf Leute, die sagen, dass sie diese Dinge auf Ihrem Küchentisch tun können. Es ist wirklich nicht einfach, diese Art von Arbeit zu machen. Zudem ist ein Patentstreit im Gange. Selbst falls Sie etwas erfinden, das Broad Institute und die UC Berkely sind im Patentstreit involiert. Es ist faszinierend, das zu beobachten. Beide klagen sich des Betrugs an. Sie haben Leute, die sagen: "ich schrieb hier und da was auf." Das wird jahrelang weiter gehen. Wenn sie fertig sind, können Sie darauf wetten, saftige Lizenzgebühren dafür zu zahlen, diese Dinge zu nutzen. Ist es also wirklich so günstig? Wenn Sie Grundlagenforschung machen und ein Labor haben, ist es günstig.
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.
Wie ist es mit der Einfachheit? Prüfen wir das mal an. Der Teufel steckt im Detail. Wir wissen nicht wirklich viel über Zellen. Sie sind immer noch eine Art Black Box. Zum Beispiel wissen wir nicht, wieso manche guide-RNA gut und manche schlecht funktionieren. Wir wissen nicht, wieso manche Zellen den einen Reparaturweg und manche den anderen Reparaturweg gehen.
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.
Außerdem gibt es das Problem, das ganze System zunächst in die Zelle zu bringen. In einer Petrischale ist es nicht so schwierig, machen Sie es jedoch für einen ganzen Organismus, wird es richtig schwierig. Es geht noch, wenn man es auf Blut oder Knochenmark anwendet -- daran wird jetzt viel geforscht.
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.
Es gibt die tolle Geschichte eines kleinen Mädchens, das von Leukämie geheilt wurde, indem Blutzellen entnommen, editiert und wieder eingefügt wurden. Sie nahmen einen Vorläufer von CRISPR. In diese Richtung forschen die Leute bereits. Wenn der ganze Körper behandelt werden soll, werden sie ein Virus nutzen müssen. Man bringt CRISPR in das VIrus ein. Das Virus infiziert die Zellen. Jetzt haben Sie das Virus im Zellinnern. Wir kennen die Langzeitfolgen nicht. CRISPR macht zudem Fehler. Zwar nur sehr selten, aber es gibt sie. Welche Wirkung haben die Fehler mit der Zeit?
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?
Das sind keine einfachen Fragen Wissenschaftler versuchen, sie zu beantworten. Hoffentlich werden sie letztlich beantwortet werden. Das ist überhaupt nicht "Plug & Play". Ist es also wirklich einfach? Wenn Sie es einige Jahre in Ihrem speziellen System optimieren, dann ist es einfach.
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.
Da gibt es noch eine andere Sache. Wir wissen nicht genau, wie wir ganz bestimmte Ergebnisse durch Manipulation bestimmter Stellen des Genoms erzielen können. Wir sind weit davon entfernt, einem Schwein Flügel zu verleihen. Oder nur ein zusätzliches Bein. Das fände ich gut. Das wäre doch cool, oder? Was gerade wirklich geschieht, CRISPR wird von tausenden von Wissenschaftlern genutzt, um wirklich wichtige Arbeit zu machen. Sie machen z. B. bessere Modelle von Krankheiten in Tieren, oder Sie öffnen Wege, zur Herstellung wertvoller Stoffe, und ihrer industriellen Produktion in Bioreaktoren. Auch forschen Sie grundlegend danach, was die Gene im Einzelnen tun.
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.
Das ist die Geschichte, die wir über CRISPR erzählen sollten. Ich mag es nicht, dass die oberflächlichen Aspekte alles andere verdecken. Viele Wissenschaftler arbeiteten hart, um CRISPR Wirklichkeit werden zu lassen. Was für mich bemerkenswert ist: diese Wissenschaftler haben den Rückhalt der Gesellschaft.
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.
Stellen Sie sich das vor. Wir haben eine Infrastruktur, die es einigen Menschen erlaubt, ihre ganze Zeit der Wissenschaft zu widmen. das macht uns alle zu Erfindern von CRISPR. Es macht uns alle zu Hütern von CRISPR. Wir alle haben eine Verantwortung.
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.
Ich fordere Sie auf, sich wirklich über diese Technologien zu informieren, weil wir nur so in der Lage sind, die Technologieentwicklung und Technologienutzung zu begleiten, und sicher zu stellen, dass am Ende etwas Gutes herauskommt. Für uns und unseren Planeten.
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.
Danke.
Thanks.
(Applaus)
(Applause)