Følgende er et utdrag fra A Crack in Creation: Genredigering og den utenkelige kraften til å kontrollere evolusjonen , av Jennifer Doudna. Hør intervjuet hennes.
Jeg vil aldri glemme første gang jeg hørte begrepet CRISPR .
Det var 2006, og jeg satt på kontoret mitt i syvende etasje i Stanley Hall ved University of California, Berkeley, da telefonen ringte. På linjen var Jillian Banfield, en med Berkeley-professor fra avdelingene for jord- og planetvitenskap og miljøvitenskap, politikk og ledelse.
Jeg kjente Jill bare av rykte, og hun visste like lite om meg; hun forklarte at hun hadde funnet laboratoriets nettsted først etter et raskt Google-søk. En geomikrobiolog som først og fremst fokuserte på interaksjonene mellom mikroorganismer og deres miljøer, Jill hadde lett etter fakultetsmedlemmer ved Berkeley som forsket på RNA-interferens, et molekylært system som plante- og dyreceller bruker for å undertrykke uttrykket av bestemte gener og som organismer også bruker under deres immunresponser. Det var et emne som laboratoriet min hadde lang erfaring med.
Jill fortalte meg at laboratoriet hennes studerte noe jeg hørte som skarpere – hun definerte eller stavet ikke begrepet, bare nevnte at det hadde dukket opp i noen datasett laboratoriet hennes analyserte – og at hun ønsket å utvide undersøkelsen ved hjelp av verktøy fra genetikk og biokjemi, to ferdighetssett laboratoriet mitt kunne tilby . Spesielt trodde hun at det kunne være noen paralleller mellom 'klarere' og RNA-interferens. Vil jeg møtes og diskutere det?
[ Hvor enkelt er det å redigere DNA? ]
Jeg var fascinert av Jills intensitet, selv om jeg var i tvil om forespørselen hennes; Jeg ante ikke hva hun studerte, tross alt. Men spenningen hennes var til å ta og føle på selv over telefonen, så jeg avtalte å møte henne på kaffe uken etter.
Etter samtalen gjorde jeg et raskt søk i den vitenskapelige litteraturen og fant bare en håndfull artikler om emnet Jill hadde vært så begeistret for. Til sammenligning hadde RNA-interferens, som studien var knapt åtte år gammel, allerede samlet opp over fire tusen referanser. (Oppmerksomheten ville nå et klimaks når oppdagerne, Andrew Fire og Craig Mello, vant en Nobelpris senere samme år.) Den relative mangelen på publikasjoner om Jills emne gjorde det utfordrende å evaluere – men det vekket også nysgjerrigheten min.
Jeg skummet flere av bakgrunnsartiklene, leste akkurat nok til å finne ut at denne tingen - CRISPR - refererte til en region med bakteriell DNA og at akronymet sto for 'clustered regularly interspaced short palindromic repeats.' Jeg leste ikke lenger, stoppet av sjargongen og regnet med at Jill ville fylle meg ut når vi møttes.
Mitt eget Google-søk viste hvor dyktig en vitenskapsmann Jill var. Strålende og kreativt engasjert i flere forskjellige områder av vitenskapen, hadde hun publisert artikler med titler som 'Mineralogical Biosignatures and the Search for Life on Mars' og 'Geophysical Imaging of Stimulated Microbial Biomineralization.' Forskningen hennes innebar å samle inn og studere prøver fra fjerntliggende kilder, som biosfærer dypt i jorden under Japan, hypersaltinnsjøer i Australia og sure gruvedrenasjer i Nord-California. Disse eksotiske prosjektene sto i markant kontrast til mine egne; bortsett fra å kreve hyppige turer til den røntgengenererende partikkelakseleratoren ved Lawrence Berkeley National Laboratory, foregikk laboratoriets arbeid hovedsakelig inne i reagensrør.
A Crack in Creation: Genredigering og den utenkelige kraften til å kontrollere evolusjonen
KjøpeDels fordi jeg var så imponert over forskningen hennes, og dels av mine egne vitenskapelige årsaker, ble jeg mer opptatt av å møte Jill. Jeg hadde flyttet til Berkeley fra Yale University fire år tidligere med min nå mann, Jamie Cate, og vår nyfødte sønn, Andrew. Selv om min pågående forskning hadde beveget seg i noen nye retninger, håpet jeg å utvide laboratoriet og plukke opp noen flere prosjekter samtidig som jeg dyrket partnerskap med nye kolleger. Dette kan være akkurat det ledet jeg var ute etter.
Jill og jeg møttes uken etter på Free Speech Movement Café, nær inngangen til et av universitetets bachelorbibliotek. Det var en stormfull vårdag, og da jeg kom, satt Jill allerede ved et steinbord på gårdsplassen, en notisblokk og en bunke med papirer ved siden av henne. Etter at vi hadde pratet litt, tok hun opp notatboken sin og begynte å jobbe.
[ CRISPR får et 'gult lys' for genredigering. ]
Hun tegnet raskt et diagram av CRISPR. Først tegnet hun en stor oval for å representere en bakteriecelle. Så tegnet hun en sirkel på innsiden av ovalen, det bakterielle kromosomet, og la til en serie vekslende diamanter og firkanter langs den ene siden av sirkelen for å representere et område med DNA. Denne regionen var tilsynelatende CRISPR.
Jill skygget inn diamantene og nevnte at de alle var identiske strekninger med de samme tretti-aktige DNA-bokstavene. Deretter nummererte hun rutene sekvensielt og begynte på 1 mens hun forklarte at hver enkelt utgjorde en unik DNA-sekvens.
Til slutt, ordene som akronymet sto for - gruppert med jevne mellomrom korte palindromiske repetisjoner – begynte å gi mening for meg. Diamantene var de korte repetisjonene, rutene var mellomromssekvenser som regelmessig avbrøt gjentakelsene, og disse rutene med ruter var gruppert i bare én region av kromosomet, ikke tilfeldig fordelt utover. (Da jeg inspiserte de gjentatte DNA-sekvensene nærmere, på kontoret mitt, P i akronymet ble også tydelig: sekvensene var nesten de samme når de ble lest i begge retninger, akkurat som et palindrom som 'senile kattedyr.')
CRISPR inne i en bakteriecelle.Den grunnleggende ideen om at celler kunne inneholde repeterende DNA-sekvenser var ikke i seg selv en overraskelse; mer enn 50 prosent av det menneskelige genomet – godt over én milliard bokstaver med DNA – består av forskjellige typer repeterende arrays, hvorav noen er kopiert millioner av ganger. Selv om relativt mindre bakteriegenomer inneholder langt mindre, var jeg klar over at de også hadde repeterende sekvenser, hvorav noen delte termer med CRISPR, som repeterende ekstragene palindromiske (REP) sekvenser og bakteriell interspersed mosaic elements (BIME). Men jeg hadde aldri hørt om DNA som skulle gjenta seg selv med denne typen presisjon og ensartethet, der hver repetisjon var virkelig identisk og alltid atskilt fra naboen med en like stor, tilfeldig spacer-sekvens.
Nysgjerrig etter å lære mer om disse merkelige områdene av bakteriell DNA, spurte jeg Jill om deres biologiske funksjon og var skuffet over å høre at hun ikke visste det. Men laboratoriet hennes hadde avdekket en viktig ledetråd: DNA-sekvenser fra naturlige bakteriepopulasjoner viste at i hovedsak hver celle hadde en annen CRISPR-array på grunn av de unike sekvensene som er avstand mellom gjentakelsene. Dette var helt enestående fordi alle andre deler av DNAet var nesten identisk i hver av disse cellene. Jill anerkjente at CRISPR-er sannsynligvis var de områdene i genomet som utviklet seg raskest, i samsvar med en funksjon som måtte endres eller tilpasse seg raskt som svar på noe cellene møtte i miljøet.
[ Genetikkens historie er en historie med etiske gåter. ]
År tidligere hadde banebrytende arbeid av Francisco Mojica, en professor i Spania, avdekket de samme typene gjentakelser i en rekke helt ubeslektede arter, inkludert i archaea, encellede mikroorganismer som, i likhet med bakterier, mangler kjerner. (Bakterier, Archaea - samlet referert til som prokaryoter - og Eukarya utgjør de tre domenene som omfatter alt liv på jorden.) CRISPRs, sa Jill, hadde blitt funnet i nesten halvparten av alle bakterielle genomer som har blitt sekvensert til dags dato og i nesten hvert arkeale genom. Faktisk så de ut til å være den mest delte familien av repeterende DNA-sekvenser i alle prokaryoter.
Disse informasjonsbitene sendte et lite gys av intriger nedover ryggen min; hvis CRISPR var til stede i så mange forskjellige arter, var det en god sjanse for at naturen brukte den til å gjøre noe viktig.
Utdrag fra A Crack in Creation: Gene Editing and the Unthinkable Power to Control Evolution av Jennifer Doudna og Samuel Sternberg. Copyright © 2017 av Jennifer Doudna og Samuel Sternberg. Brukt med tillatelse fra Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Alle rettigheter forbeholdt.