Rozlúštenie CRISPR v kaviarni

Rozlúštenie CRISPR v kaviarni

Nasleduje úryvok z Trhlina vo stvorení: Editovanie génov a nemysliteľná sila na ovládanie evolúcie , od Jennifer Doudna. Vypočujte si jej rozhovor.

Nikdy nezabudnem, keď som tento výraz počul prvýkrát CRISPR .



Písal sa rok 2006 a ja som sedel vo svojej kancelárii na siedmom poschodí Stanley Hall na Kalifornskej univerzite v Berkeley, keď zazvonil telefón. Na linke bola Jillian Banfieldová, profesorka z Berkeley z Katedry vedy o Zemi a planetárnej vede a Environmentálnej vedy, politiky a manažmentu.

Poznal som Jill len podľa povesti a ona vedela rovnako málo o mne; vysvetlila, že webovú stránku môjho laboratória našla až po rýchlom vyhľadávaní Google. Geomikrobiologička, ktorá sa zamerala predovšetkým na interakcie medzi mikroorganizmami a ich prostredím, Jill hľadala členov fakulty v Berkeley, ktorí skúmali RNA interferenciu, molekulárny systém, ktorý rastlinné a živočíšne bunky používajú na potlačenie expresie konkrétnych génov a ktoré organizmy tiež využívajú. počas ich imunitných reakcií. Bola to téma, s ktorou malo moje laboratórium bohaté skúsenosti.

Jill mi povedala, že jej laboratórium študovalo niečo, čo som počul chrumkavejšie — nedefinovala ani nenapísala tento termín, len spomenula, že sa objavil v niektorých súboroch údajov, ktoré jej laboratórium analyzovalo – a že chcela rozšíriť svoje vyšetrovanie pomocou nástrojov z genetiky a biochémie, dvoch súborov zručností, ktoré by moje laboratórium mohlo ponúknuť . Najmä si myslela, že by mohli existovať určité paralely medzi „chrumkavejším“ a interferenciou RNA. Chcel by som sa stretnúť a prediskutovať to?

[ Aké ľahké je upraviť DNA? ]

Zaujala ma Jillina intenzita, hoci som o jej požiadavke pochyboval; Vôbec som netušila, čo študuje. Ale jej vzrušenie bolo hmatateľné aj po telefóne, a tak som súhlasil, že sa s ňou nasledujúci týždeň stretnem na káve.

Po telefonáte som rýchlo pátral vo vedeckej literatúre a našiel som len niekoľko článkov na tému, z ktorej bola Jill taká nadšená. Na porovnanie, interferencia RNA, ktorej štúdia bola sotva osem rokov stará, už nazbierala viac ako štyritisíc odkazov. (Pozornosť by vyvrcholila, keď jej objavitelia, Andrew Fire a Craig Mello, neskôr v tom istom roku získali Nobelovu cenu.) Relatívny nedostatok publikácií na Jillinu tému spôsobil, že hodnotenie bolo náročné – no zároveň to vzbudilo moju zvedavosť.

Prezrel som si niekoľko článkov na pozadí a prečítal som si toľko, aby som sa dozvedel, že táto vec – CRISPR – sa týkala oblasti bakteriálnej DNA a že skratka znamenala „zhlukové pravidelne rozmiestnené krátke palindromické opakovania“. Ďalej som už nečítal, zmarený žargónom a myslel som si, že keď sa stretneme, Jill ma doplní.

Moje vlastné vyhľadávanie Google ukázalo, aká dokonalá bola vedkyňa Jill. Brilantná a kreatívne sa zapájala do rôznych oblastí vedy a publikovala články s názvami ako „Mineralogické biosignatúry a hľadanie života na Marse“ a „Geofyzikálne zobrazovanie stimulovanej mikrobiálnej biomineralizácie“. Jej výskum zahŕňal zbieranie a štúdium vzoriek zo vzdialených zdrojov, ako sú biosféry hlboko v zemi pod Japonskom, hypersalinné jazerá v Austrálii a kyslé banské drenáže v severnej Kalifornii. Tieto exotické projekty boli vo výraznom kontraste s mojimi vlastnými; Okrem toho, že som si vyžadoval časté výlety do urýchľovača častíc generujúceho röntgenové žiarenie v Národnom laboratóriu Lawrence Berkeley, práca môjho laboratória prebiehala väčšinou v skúmavkách.

Trhlina vo stvorení: Editovanie génov a nemysliteľná sila na ovládanie evolúcie

Kúpiť

Čiastočne preto, že som bol tak ohromený jej výskumom a čiastočne z mojich vlastných vedeckých dôvodov, som čoraz viac túžil stretnúť Jill. Štyri roky predtým som sa presťahovala do Berkeley z Yale University so svojím teraz už manželom Jamiem Cate a naším novorodeným synom Andrewom. Aj keď sa môj prebiehajúci výskum posunul v niektorých nových smeroch, dúfal som, že rozšírim laboratórium a získam nejaké ďalšie projekty a zároveň rozviniem partnerstvá s novými kolegami. Toto by mohol byť len vodítko, ktoré som hľadal.

S Jill sme sa stretli nasledujúci týždeň v kaviarni Free Speech Movement Café, blízko vchodu do jednej z vysokoškolských knižníc kampusu. Bol búrlivý jarný deň, a keď som prišiel, Jill už sedela pri kamennom stole na vonkajšom dvore a vedľa nej bol poznámkový blok a stoh papierov. Keď sme sa trochu porozprávali, zobrala svoj zápisník a pustila sa do práce.

[ CRISPR dostane „žlté svetlo“ na úpravu génov. ]

Rýchlo načrtla schému CRISPR. Najprv nakreslila veľký ovál, ktorý predstavoval bakteriálnu bunku. Potom nakreslila kruh vo vnútri oválu, bakteriálneho chromozómu, a pridala sériu striedajúcich sa diamantov a štvorcov pozdĺž jednej strany kruhu, ktoré predstavovali oblasť DNA. Tento región bol zjavne CRISPR.

Jill zatienila diamanty a spomenula, že sú to všetky identické úseky rovnakých tridsiatich písmen DNA. Potom očíslovala štvorce postupne od 1, pričom vysvetlila, že každý z nich predstavuje jedinečnú sekvenciu DNA.

Nakoniec slová, ktoré skratka znamenala - zoskupené pravidelne rozmiestnené krátke palindromické opakovania - začalo mi to dávať zmysel. Diamanty boli krátke opakovania, štvorce boli medzipriestorové sekvencie, ktoré pravidelne prerušovali opakovania, a tieto polia kosoštvorcových štvorcov boli zoskupené len v jednej oblasti chromozómu, nie náhodne rozmiestnené v celom rozsahu. (Keď som si dôkladnejšie prezrel opakujúce sa sekvencie DNA v mojej kancelárii, P v skratke sa tiež vyjasnilo: sekvencie boli takmer rovnaké pri čítaní v oboch smeroch, rovnako ako palindróm, ako napríklad „starecké mačkovité šelmy“.)

CRISPR vo vnútri bakteriálnej bunky.

Základná myšlienka, že bunky môžu obsahovať opakujúce sa sekvencie DNA, nebola sama osebe prekvapením; viac ako 50 percent ľudského genómu – viac ako jedna miliarda písmen DNA – obsahuje rôzne typy opakujúcich sa polí, z ktorých niektoré sú skopírované miliónkrát. Hoci pomerne menšie bakteriálne genómy obsahujú oveľa menej, bol som si vedomý toho, že aj oni mali opakujúce sa sekvencie, z ktorých niektoré zdieľali výrazy s CRISPR, ako napríklad repetitívne extragénne palindromické (REP) sekvencie a bakteriálne rozptýlené mozaikové prvky (BIME). Ale nikdy som nepočul, že by sa DNA opakovala s takouto presnosťou a jednotnosťou, kde každé opakovanie bolo skutočne identické a vždy oddelené od suseda podobne veľkou, náhodnou medzerníkovou sekvenciou.

Zo zvedavosti sa dozvedieť viac o týchto zvláštnych oblastiach bakteriálnej DNA, spýtal som sa Jill na ich biologickú funkciu a bol som sklamaný, keď som počul, že to nevie. Jej laboratórium však odhalilo dôležité vodítko: sekvencie DNA z prirodzených bakteriálnych populácií ukázali, že v podstate každá bunka mala iné pole CRISPR kvôli jedinečným sekvenciám rozmiestneným medzi opakovaniami. Bolo to úplne bezprecedentné, pretože každá ďalšia časť DNA bola v každej z týchto buniek takmer identická. Jill uznala, že CRISPR boli pravdepodobne najrýchlejšie sa vyvíjajúce oblasti v genóme, čo je v súlade s funkciou, ktorá sa musela rýchlo zmeniť alebo prispôsobiť v reakcii na niečo, s čím sa bunky stretli vo svojom prostredí.

[ História genetiky je históriou etických rébusov. ]

Roky skôr priekopnícka práca profesora Francisca Mojicu zo Španielska odhalila rovnaké druhy opakovaní v mnohých úplne nepríbuzných druhoch, vrátane archaea, jednobunkových mikroorganizmov, ktorým rovnako ako baktériám chýbajú jadrá. (Baktérie, Archaea – spoločne označované ako prokaryoty – a Eukarya tvoria tri domény, ktoré zahŕňajú všetok život na Zemi.) CRISPR, povedala Jill, sa našli v takmer polovici všetkých bakteriálnych genómov, ktoré boli doteraz sekvenované a takmer v každý archaálny genóm. V skutočnosti sa zdali byť najrozšírenejšou rodinou opakujúcich sa sekvencií DNA vo všetkých prokaryotoch.

Z týchto kúskov informácií mi po chrbte prebehli chvenie intríg; ak bol CRISPR prítomný v toľkých rôznych druhoch, bola veľká šanca, že ho príroda využívala na niečo dôležité.


Úryvok z knihy A Crack in Creation: Gene Editing and the Unthinkable Power to Control Evolution od Jennifer Doudna a Samuela Sternberga. Copyright © 2017 Jennifer Doudna a Samuel Sternberg. Použité so súhlasom vydavateľstva Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Všetky práva vyhradené.