021-22889554
021-26703715
مشاوره آموزشی رایگان

021-22889554  |  021-26703715 مشاوره آموزشی رایگان

چه چیزی را باید در باره کریسپر بدانیم

Ellen Jorgensen

What you need to know about CRISPR

Should we bring back the wooly mammoth? Or edit a human embryo? Or wipe out an entire species that we consider harmful? The genome-editing technology CRISPR has made extraordinary questions like these legitimate -- but how does it work? Scientist and community lab advocate Ellen Jorgensen is on a mission to explain the myths and realities of CRISPR, hype-free, to the non-scientists among us.


تگ های مرتبط :

Biology, Biomechanics, Biotech
کسی چیزی از کریسپر شنیده؟ اگر نشنیده بودید تعجب می‌کردم. این یک فناوری است -- برای تغییر ژن‌ها -- که بسیار عمومی و بحث بر انگیز است. و باعث صحبت‌های جالب زیادی شده. آیا باید ماموت‌های پشمالو را دوباره زنده کنیم؟ باید جنین انسان را تغییر دهیم؟ و اونی که از همه برام جالبتره: چطور میتونیم کل نسل یک گونه را که به نظرمان برای انسان مضر است از روی زمین محو کنیم، با استفاده از این فناوری؟ این نوع از علم خیلی سریعتر از قوانینی که برایش وضع می‌کنیم حرکت می‌کنه.
و به همین خاطر، ظرف شش سال گذشته، این هدف شخصی من شده تا مطمئن بشم که افرادی به اندازه کافی این فناوری‌ها و تاثیرشان را می‌فهمند. کریسپر خیلی تحت شعاع رسانه‌ها قرار گرفته، و کلمه‌های «ساده» و «ارزان» خیلی استفاده می شوند . کاری که می‌خواهم بکنم اینست که کمی عمیق بشم و به واقعیت‌ها و افسانه‌هایی که کریسپر را احاطه کرده توجه کنم. اگه بخواهی یک ژن را با کریسپر تغییر بدهی، اولین کاری که باید بکنی خراب کردن دی‌ ان ای است. خرابی یعنی جدا کردن رشته دوگانه‌ای که در طول مارپیچ دوبل قرار گرفته. و بعد فرایند تعمیر سلولی را‌ه می‌افته،
و بعد ما این فرایند‌ها رو متقاعد می‌کنیم که تصحیحی رو که می‌خواهیم انجام بدهند. نه تصحیح طبیعی رو. اینجوری انجام میشه. یک سیستم دو-بخشی است. یک پروتئین کاس ۹ داری و چیزی که اسمش آر ان ای هادی است. دوست دارم اسمش رو بذارم یک موشک هدایت شونده. پس کاس ۹ -- عاشق اینم که کار‌های خدایی بکنم -- کاس ۹ مثل بازی پک من میمونه که می‌خواد دی ان ای رو بخوره، و آر ان ای هادی، مثل بندی است که اون رو از ژن دور نگه می‌داره تا دقیقا محلی که مطابقت داره. و ترکیب این دو اسمش کریسپر است،
ساختاری است که از یک سیستم ایمنی خیلی باستانی دزدیده‌ایم. چیزی که درباره‌اش جالبه اینه که آر ان ای هادی، فقط ۲۰ حرف اون، قسمتی است که هدف رو در سیستم مشخص می‌کنه. طراحی‌اش واقعا ساده است. و قیمتش هم خیلی ارزون. پس این قسمت متحرک سیستم است؛ بقیه چیز‌ها همینطور باقی میمونه. و مشخصا روشی عالی و ساده و قدرتمند برای استفاده است. آر ان ای هادی و پروتئین کاس ۹ با هم ترکیب میشند و در طول ژن جلو و عقب میروند، و وقتی که محلی که با آر ان ای هادی مطابق هست رو پیدا کردند،
اون رو بین دو رشته مارپیچ دوبل تزریق می‌کنه، اونها رو پاره می‌کنه، که باعث میشه پروتئین کاس ۹ اون را ببره، و یکدفعه، سلولی داری که تو وضعیت اضطراری است چون حالا یک تکه از دی ان ای اون شکسته. چکار می‌کنه؟ کمک‌های اولیه رو صدا می‌کنه. دو مسیر تعمیری اصلی وجود داره. اولی فقط دی ان ای رو میگیره و اون دو تکه رو به سمت هم هل می‌ده. که خیلی روش کارامدی نیست، چون پیش میاد که بعضی وقت‌ها یک پایه جا می‌مونه یا یک پایه اضافه میشه. اینجوری ما یک ژن رو از بین بردیم،
ولی روشی که ما واقعا برای تصحیح ژن می‌خواهیم نیست. مسیر تعمیری دوم خیلی جالبتره. در این مسیر تعمیر، یک تکه مشابه از دی ان ای را می‌گیره، و همونطور که می‌دونید در موجودات دو جنسی مثل آدمها، ما یک نسخه از ژن رو از مادر و دیگری رو از پدر می‌گیریم، حالا اگر یکی آسیب دید، می‌تونه از کروموزوم دیگه برای تعمیرش استفاده کنه. پس از اینجا میاد. تعمیر انجام میشه، و حالا ژن دوباره امن شده. روشی که ما این رو می‌دزدیم اینظوریه که می‌تونیم یک تکه غلط دی ان ای رو بهش بدیم،
تکه‌ای که دو انتهاش مشابه باشند اما وسطش فرق کنه. حالا، هرچیزی که خواستی می‌تونی در وسط بگذاری و سلول، گول می‌خوره. پس میتونی یک حرف رو عوض کنی، حرف‌هایی رو جدا کنی، ولی از همه مهمتر، میتونی دی ان ای جدیدی رو جابگذاری، به شکلی مثل اسب ترووا. کریسپر می‌تونه عالی باشه، از دید تعداد پیشرفت‌های علمی مختلفی که که باعث سرعتشون میشه. چیزی که اون رو خاص می‌کنه سیستم هدف گذاری متحرکه. منظورم اینه، ما سالهاست که دی ان ای رو داخل موجودات می‌کنیم، درسته؟ اما بخاطر سیستم هدف گذاری متحرک،
حالا واقعا می‌تونیم اون را دقیقا همونجایی بزاریم که می‌خواهیم. موضوع اینه که کلی صحبت از این میشه که خیلی ارزونه و خیلی هم ساده است. من مسئول یک آزمایشگاه عمومی‌ام. از مردم ایمیل‌هایی می‌گیرم که چیز‌هایی مثل این میگن، « سلام، میتونم شب‌هایی که باز هستین بیام و مثلا با کریسپر ژن‌هام رو طراحی کنم؟» ( خنده حضار ) جدی میگم. می‌گم، «نه، نمی‌تونی.» ( خنده حضار ) « اما شنیدم که، ارزونه و خیلی هم ساده‌است.» به نظرم باید این رو یه کم بررسی کنیم. چقدر ارزونه؟
خوب بله، به نسبت ارزونه. هزینه متوسط مواد آزمایشی رو از چند هزار دلار به چند صد دلار کاهش میده، و زمان اون را هم کلی کم می‌کنه. از چند هفته به چند روز. که خیلی خوبه. اما هنوز به یک آزمایشگاه حرفه‌ای برای کار احتیاج داری؛ نتیجه مناسبی بیرون از یک آزمایشگاه حرفه‌ای بدست نمیاد. منظورم اینه، به حرف افرادی که میگن که این کار‌ها رو میتونی روی میز آشپزخانه تون انجام بدین گوش ندید. این کار‌ها واقعا ساده نیست. در ضمن بگم که، یک جنگ مالکیت معنوی هم در جریانه، پس اگه حتی چیزی هم سرمایه گزاری کردین،
انستیتو «برود» و «یو سی برکلی» در یک جنگ بزرگ مالکیت هستند. که واقعا دیدنش شگفت انگیزه، چون همدیگر رو متهم به کلاهبرداری می‌کنند و بعد آدمهایی رو میارن که میگن، « خوب من، دفترچه‌ام رو اینجا یا اونجا امضا کردم.» احتمالا تا سالها به نتیجه نمی‌رسه. و وقتی که برسه، مطمئن باش که باید یک پول گنده به کسی بابت مجوزش بدی تا از این چیز‌ها استفاده کنی. پس، واقعا ارزونه؟ خوب، اگه کار‌های تحقیقاتی پایه انجام بدی و یک آزمایشگاه داشته باشی، ارزونه. در مورد ساده بودن چی؟ بگذارید این رو بررسی کنیم. همیشه جزئیات مشکل ایجاد می‌کنند.
ما واقعا سلول‌ها رو خیلی خوب نمی‌شناسیم. هنوز به شکلی جعبه سیاهند. برای مثال، ما نمیدونیم که چرا بعضی از آر ان ای های هادی خیلی خوب کار می کنند و بعضی‌ از آر ان ای‌ها نمی‌کنند. نمی‌دونیم که چرابعضی از سلول‌ها با یک مسیر تعمیر کار می‌کنند و بعضی‌ها ترجیح می‌دهند که از دیگری استفاده کنند. و در کنار اون، کل مسئله وارد کردن این سیستم به داخل سلول هم وجود داره قبل از هرچیز دیگری. در ظرفهای آزمایشگاهی، اونقدر‌ها هم سخت نیست، اما اگه بخواهی در کل یک موجود انجامش بدی، واقعا هنر می‌خواد. مشکلی نیست اگه از چیزی مثل خون یا مغز استخوان استفاده کنی --
اینها الان هدف تحقیقات زیادی هستند. داستان جالبی از یک دحتر کوچولو هست که سرطان خونش را با بیرون کشیدن خون و تصحیح اون، و برگردوندنش با کمک یک کریسپر جدید، درمان کردند. و این یک کار تحقیقاتیه که افرادی روش کار می‌کنند. اما در حال حاضر اگه بخوای روی همه بدن کار کنی. احتمالا باید از یک ویروس استفاده کنی. باید ویروس را بگیری، و کریسپر را داخلش بذاری، ویروس رو داخل سلول تزریق می‌کنی. حالا ویروس را اونجا داری، و ما تاثیر بلند مدت این رو نمی‌دونیم. بعلاوه، کریسپر بعضی وقتها هدف گیری اشتباه هم داره،
درصد خیلی کمی است، ولی وجود داره. در طول زمان چه اتفاقی می‌افته؟ اینها سوالاتی بدیهی هستند، و داشمندانی که سعی می‌کنند اونها رو حل کنند، و امیدواریم که در نهایت حل بشوند. اما اصلا به شکل «وصل کن کار می‌کنه» نیست، نه برای مدتها. پس: واقعا ساده است؟ خوب، اگه چند سالی با اون به روش خودت کار کرده باشی، بله، هست. موضوع دیگه اینه که، ما واقعا اطلاعاتمون در مورد اینکه یک موضوع خاص چطور اتفاق می‌افته وقتی که یک نقطه مشخص در ژن رو تفییر می‌دهیم، کافی نیست. ما راه درازی برای فهمیدن
اینکه برای مثال چطور برای یک خوک بال بگذاریم در پیش داریم. یا یک پای اضافه -- نظر من یک پای اضافه است. به شکلی باحاله، نه؟ اما اتفاقی که می‌افته اینه که کریسپر توسط هزاران هزار محقق استفاده می‌شه تا کار‌های خیلی خیلی مهمی انجام بشه، مثل ایجاد نمونه‌های بهتر از بیماری‌ها در حیوانات، یا راهکار‌هایی برای تولید مواد شیمیایی ارزشمند و تولید صنعتی اونها در مخازن تخمیر، و یا حتی تحقیقات بنیادی در مورد اینکه ژن‌ها واقعا چطور کار می‌کنند. کریسپر را باید این طور تعریف کنیم. و من تعریف پرجلوه‌اش را دوست ندارم چون ما رو در خودش غرق می‌کنه.
خیلی از دانشمندان برای تولید کریسپر تلاش کرده‌اند، و چیزی که برای من جالبه اینه که، آیا جامعه ما از این محققین حمایت می‌کنه. به این موضوع فکر کنید. ما ساختاری داریم که اجازه میده درصد خاصی از مردم تمام وقتشون رو صرف تحقیق بکنند. این یعنی ما همگی مخترعین کریسپر هستیم، و به نظر من این یعنی ما همه راهبران کریسپر هستیم. همه ما مسئولیتی داریم. پس از همه واقعا می‌خواهم که این فناوری‌ها رو واقعا یاد بگیرید. چون، چون فقط اینطوری است که می‌تونیم توسعه این فناوری‌ها و استفاده از اونها رو مدیریت کنیم،
و مطمئن بشیم که، در انتها نتیجه مثبتی داشته باشه -- هم برای زمین و هم برای ما. متشکرم. (
So, has everybody heard of CRISPR? I would be shocked if you hadn't. 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? 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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 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. 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, "Hey, can I come to your open night and, like, maybe use CRISPR and engineer my genome?" (Laugher) Like, seriously.
I'm, "No, you can't." (Laughter) "But I've heard it's cheap. I've heard it's easy." 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. 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.
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. 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? 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. 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. 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. 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. 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. Thanks.
(Applause)