Πώς το CRISPR σας επιτρέπει να επεξεργαστείτε το DNA - Άντρεα Μ. Χένλε

Δείτε ολόκληρο το μάθημα: https://ed.ted.com/lessons/how-crispr-lets-you-edit-dna-andrea-m-henle

Από τον μικρότερο μονοκύτταρο οργανισμό έως τα μεγαλύτερα πλάσματα της Γης, κάθε έμβιο ον καθορίζεται από τα γονίδιά του. Με τις πρόσφατες εξελίξεις, οι επιστήμονες μπορούν να αλλάξουν τα θεμελιώδη χαρακτηριστικά ενός οργανισμού σε χρόνο ρεκόρ χρησιμοποιώντας εργαλεία επεξεργασίας γονιδίων όπως το CRISPR. Αλλά από πού προήλθε αυτό το ιατρικό θαύμα και πώς λειτουργεί; Η Άντρεα Μ. Χένλε εξετάζει την επιστήμη πίσω από αυτήν τη νέα τεχνολογία.

Μάθημα από την Άντρεα Μ. Χένλε, σε σκηνοθεσία Adam Wells.

Από τον μικρότερο μονοκύτταρο οργανισμό

μέχρι τα μεγαλύτερα πλάσματα της γης,

κάθε έμβιο ον καθορίζεται
από τα γονίδιά του.

Το DNA των γονιδίων μας δρα
σαν εγχειρίδιο οδηγιών για τα κύτταρά μας.

Τέσσερα δομικά στοιχεία
που ονομάζονται βάσεις

ενώνονται σε συγκεκριμένες ακολουθίες,

που λένε στο κύτταρο
πώς να συμπεριφερθεί

και να φτιάξει τη βάση
κάθε μας χαρακτηριστικού.

Αλλά με τις πρόσφατες εξελίξεις
των εργαλείων επεξεργασίας γονιδίων,

οι επιστήμονες μπορούν να αλλάξουν

τα βασικά γνωρίσματα ενός
οργανισμού σε χρόνο ρεκόρ.

Μπορούν να κατασκευάσουν
καλλιέργειες ανθεκτικές στην ξηρασία.

και να δημιουργήσουν μήλα
που δε μαυρίζουν.

Μπορούν ακόμη και να αποτρέψουν
την εξάπλωση μολυσματικών επιδημιών

και να αναπτύξουν θεραπείες
για γενετικές ασθένειες.

Το CRISPR είναι το πιο γρήγορο, εύκολο
και φθηνό εργαλείο επεξεργασίας γονιδίων

υπεύθυνο γι' αυτό
το νέο κύμα της επιστήμης.

Αλλά από πού προήλθε
αυτό το ιατρικό θαύμα;

Πώς λειτουργεί;

Και τι μπορεί να κάνει;

Παραδόξως, το CRISPR
αποτελεί μια φυσική διαδικασία

που λειτουργούσε εδώ και πολύ καιρό
ως βακτηριακό ανοσοποιητικό σύστημα.

Αρχικά βρέθηκε να προστατεύει
μονοκύτταρα βακτήρια και αρχαία

εναντίον ιών-εισβολέων,

Το φυσικά υπάρχον CRISPR
χρησιμοποιεί δύο κύρια συστατικά.

Τo πρώτo είναι σύντομα τμήματα
από επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες DNA

ονόματι «σύμπλεγμα μικρών παλινδρομικών
αλληλουχιών τακτικής χωροκατανομής»,

ή απλά, CRISPRs

Το δεύτερο είναι οι Cas,

ή αλλιώς «CRISPR-συνδεόμενες» πρωτεΐνες

οι οποίες κόβουν το DNA
σαν μοριακά ψαλίδια.

Όταν ένας ιός εισβάλλει σε ένα βακτήριο,

οι πρωτεΐνες Cas κόβουν
ένα τμήμα του ιικού DNA

για να το συρράψουν
στη βακτηριακή CRISPR περιοχή,

καταγράφοντας ένα χημικό
στιγμιότυπο της λοίμωξης.

Αυτοί οι ιικοί κώδικες αντιγράφονται
σε μικρά κομμάτια RNA.

Αυτό το μόριο παίζει
πολλούς ρόλους στα κύτταρά μας,

αλλά στην περίπτωση του CRISPR,

το RNA δένεται σε μια ιδιαίτερη πρωτεΐνη
που ονομάζεται Cas9.

Τα προκύπτοντα σύμπλοκα
δρουν σαν ανιχνευτές,

που προσκολλώνται
στο αιώρημα γενετικού υλικού

και αναζητούν μια αντιστοίχιση με τον ιό.

Αν ο ιός ξαναεισβάλλει, το σύμπλοκο
ανιχνευτών τον αναγνωρίζει αμέσως,

και η Cas9 καταστρέφει
γρήγορα το ιικό DNA.

Πολλά βακτήρια έχουν
τέτοιο μηχανισμό άμυνας.

Αλλά το 2012, οι επιστήμονες κατάλαβαν
πώς να κλέψουν το CRISPR

ώστε να στοχοποιήσουν όχι μόνο ιικό DNA,

αλλά κάθε DNA σχεδόν κάθε οργανισμού.

Με τα σωστά εργαλεία,
αυτό το ιικό ανοσολογικό σύστημα

γίνεται ένα ακριβές εργαλείο
γονιδιακής επεξεργασίας

που μπορεί να τροποποιήσει το DNA
και ν' αλλάξει συγκεκριμένα γονίδια

σχεδόν το ίδιο εύκολα
με τη διόρθωση ενός τυπογραφικού λάθους.

Να πώς λειτουργεί μες στο εργαστήριο:

οι επιστήμονες σχεδιάζουν έναν «οδηγό» RNA
αντίστοιχο με το γονίδιο που θέλουν

να επεξεργαστούν,
και το επισυνάπτουν στη Cas9.

Όπως το ιικό RNA
στο ανοσολογικό σύστημα CRISPR,

ο οδηγός RNA κατευθύνει τη Cas9
στο γονίδιο στόχο,

και το μοριακό ψαλίδι
της πρωτεΐνης κόβει το DNA.

Αυτό είναι το κλειδί
της δύναμης του CRISPR:

απλώς προσθέτοντας Cas9

η οποία είναι δεσμευμένη σε βραχύ
κομμάτι προσαρμοσμένου οδηγού RNA

οι επιστήμονες μπορούν να επεξεργαστούν
πρακτικά κάθε γονίδιο του γονιδιώματος.

Μόλις το DNA κοπεί, το κύτταρο
θα προσπαθήσει να το επιδιορθώσει.

Κατά κανόνα, πρωτεΐνες
που ονομάζονται νουκλεάσες

περικόπτουν τα σπασμένα άκρα
και τα ξανασυνδέουν.

Αλλά αυτή η διαδικασία διόρθωσης,

ένωση μη ομόλογων άκρων,

είναι επιρρεπής σε λάθη

και μπορεί να οδηγήσει
σε επιπλέον ή χαμένες βάσεις,

Το προκύπτον γονίδιο είναι συχνά
μη χρησιμοποιήσιμο κι ανενεργό.

Ωστόσο, εάν οι επιστήμονες προσθέσουν
μια ξεχωριστή ακολουθία δείγματος DNA

στο CRISPR κοκτέιλ τους,

οι κυτταρικές πρωτεΐνες
μπορούν να εκτελέσουν

μια διαφορετική διαδικασία επισκευής DNA,

που ονομάζεται επισκευή
κατευθυνόμενη με ομολογία.

Το δείγμα DNA χρησιμοποιείται ως προσχέδιο
καθοδήγησης της διαδικασίας αναδόμησης,

επιδιορθώνοντας ένα ελαττωματικό γονίδιο

ή ακόμα και εισάγοντας
ένα εντελώς καινούριο.

Η ικανότητα διόρθωσης λαθών του DNA

σημαίνει ότι το CRISPR
θα μπορούσε ενδεχομένως

να δημιουργήσει
νέες θεραπείες για ασθένειες

που συνδέονται με
συγκεκριμένα γενετικά λάθη,

όπως η κυστική ίνωση
ή η δρεπανοκυτταρική αναιμία.

Κι αφού δε περιορίζεται στους ανθρώπους,

οι εφαρμογές είναι σχεδόν ατελείωτες.

Το CRISPR θα μπορούσε να δημιουργήσει φυτά
που παράγουν μεγαλύτερα φρούτα,

κουνούπια που δε μπορούν
να μεταδώσουν ελονοσία,

ή να αναπρογραμματίσει καρκινικά κύτταρα
που είναι ανθεκτικά στα φάρμακα.

Είναι επίσης ένα ισχυρό εργαλείο
μελέτης του γονιδιώματος,

επιτρέποντας στους επιστήμονες
να παρατηρούν τι συμβαίνει

όταν τα γονίδια είναι απενεργοποιημένα
ή τροποποιημένα σε έναν οργανισμό.

Το CRISPR δεν είναι ακόμα τέλειο.

Δεν κάνει πάντα μόνο
τις προβλεπόμενες αλλαγές,

κι επειδή είναι δύσκολο να προβλέψουμε

τις μακροπρόθεσμες επιπτώσεις
μιας επεξεργασίας CRISPR,

αυτή η τεχνολογία εγείρει
μεγάλα ηθικά ερωτήματα.

Εναπόκειται σε εμάς να αποφασίσουμε
την καλύτερη πορεία

καθώς το CRISPR αφήνει
τους μονοκύτταρους οργανισμούς πίσω

και κατευθύνεται σε εργαστήρια,
αγροκτήματα, νοσοκομεία,

και οργανισμούς σε όλο τον κόσμο.