TED2019
David R. Liu: Can we cure genetic diseases by rewriting DNA?
David R. Liu: Gyógyíthatunk-e genetikai betegségeket a DNS átírásával?
Filmed:
Readability: 6.4
1,976,595 views
Az egyik tudományos fölfedezésről szóló történetben David R. Liu vegyész-biológus jelentős áttörésről ad hírt: a laborjában végzett bázisszerkesztők fejlesztéséről, amelyek képesek DNS átírására. A genomszerkesztésnek e sorsdöntő lépése a CRISPR kínálta ígéreteket új szintre emelte: ha a CRISPR-fehérjék molekuláris ollók, amelyek meghatározott DNS-szekvenciák kivágására programozhatók, akkor a bázisszerkesztők ceruzák, amelyek képesek közvetlenül átírni egy-egy DNS-betűt egy másikba. Tudjunk meg többet arról, hogyan működnek e molekuláris gépek, és milyen lehetőségeik vannak genetikus betegségek kezelésére, sőt gyógyítására.
David R. Liu - Chemical biologist
David R. Liu leads a research group that combines chemistry and evolutionary techniques to create revolutionary new medicines. Full bio
David R. Liu leads a research group that combines chemistry and evolutionary techniques to create revolutionary new medicines. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:13
The most important gift
your mother and father ever gave you
your mother and father ever gave you
0
1286
4031
Az anyjuktól és apjuktól
kapott legfontosabb ajándék
kapott legfontosabb ajándék
00:17
was the two sets
of three billion letters of DNA
of three billion letters of DNA
1
5341
2720
a DNS hárommilliárd
betűből álló két készlete,
betűből álló két készlete,
00:20
that make up your genome.
2
8085
1564
amelyet genomnak hívunk.
00:22
But like anything
with three billion components,
with three billion components,
3
10014
2477
De mint minden,
ami hárommilliárd részből áll,
ami hárommilliárd részből áll,
00:24
that gift is fragile.
4
12515
1400
ez az ajándék is sérülékeny.
00:26
Sunlight, smoking, unhealthy eating,
5
14815
3540
Napfény, dohányzás,
egészségtelen táplálkozás,
egészségtelen táplálkozás,
00:30
even spontaneous mistakes
made by your cells,
made by your cells,
6
18379
2992
sőt még spontán génhibák is
00:33
all cause changes to your genome.
7
21395
1923
genomunk módosulását okozzák.
00:36
The most common kind of change in DNA
8
24942
3278
A leggyakoribb génmódosulás
00:40
is the simple swap of one letter,
or base, such as C,
or base, such as C,
9
28244
4229
az egyszerű betű vagy bázis
cseréje, pl. a C betűé
cseréje, pl. a C betűé
00:44
with a different letter,
such as T, G or A.
such as T, G or A.
10
32497
3241
más betűvel, pl. a T, G vagy A betűvel.
00:48
In any day, the cells in your body
will collectively accumulate
will collectively accumulate
11
36744
3373
Nap mint nap testünk sejtjei együttesen
00:52
billions of these single-letter swaps,
which are also called "point mutations."
which are also called "point mutations."
12
40141
4836
milliárdnyi egybetűs cserét halmoznak
föl: ezek az ún. pontmutációk.
föl: ezek az ún. pontmutációk.
00:58
Now, most of these
point mutations are harmless.
point mutations are harmless.
13
46147
2531
E pontmutációk zöme veszélytelen.
01:00
But every now and then,
14
48702
1158
De hébe-hóba
01:01
a point mutation disrupts
an important capability in a cell
an important capability in a cell
15
49884
3993
egy-egy pontmutáció a sejt
fontos képességét rombolja szét,
fontos képességét rombolja szét,
01:05
or causes a cell to misbehave
in harmful ways.
in harmful ways.
16
53901
3355
vagy a sejt veszélyes működését váltja ki.
01:10
If that mutation were inherited
from your parents
from your parents
17
58099
2999
Ha a mutációt szüleinktől örököltük,
01:13
or occurred early enough
in your development,
in your development,
18
61122
2660
vagy igen korai fejlődésünk
idején alakult ki,
idején alakult ki,
01:15
then the result would be
that many or all of your cells
that many or all of your cells
19
63806
2966
annak eredménye,
hogy sok vagy minden sejtünk
hogy sok vagy minden sejtünk
01:18
contain this harmful mutation.
20
66796
1912
tartalmazza e veszélyes mutációt.
01:21
And then you would be one
of hundreds of millions of people
of hundreds of millions of people
21
69153
3270
Akkor önök lesznek
a százmilliónyi génbeteg ember egyike.
01:24
with a genetic disease,
22
72447
1611
01:26
such as sickle cell anemia or progeria
23
74082
3003
Ilyen pl. a sarlósejtes anémia
vagy a progéria
vagy a progéria
01:29
or muscular dystrophy
or Tay-Sachs disease.
or Tay-Sachs disease.
24
77109
3121
vagy az izomsorvadás
vagy a Tay–Sachs-kór.
vagy a Tay–Sachs-kór.
01:34
Grievous genetic diseases
caused by point mutations
caused by point mutations
25
82225
3182
A pontmutáció okozta
súlyos genetikai betegségek
súlyos genetikai betegségek
01:37
are especially frustrating,
26
85431
1993
különösen nyomasztók,
01:39
because we often know
the exact single-letter change
the exact single-letter change
27
87448
2904
mert gyakran tudjuk,
hogy a kórt épp melyik betű okozza,
hogy a kórt épp melyik betű okozza,
01:42
that causes the disease
and, in theory, could cure the disease.
and, in theory, could cure the disease.
28
90376
4200
és elvileg melyikkel gyógyítható.
01:47
Millions suffer from sickle cell anemia
29
95268
2849
Milliók szenvednek sarlósejtes anémiában,
01:50
because they have
a single A to T point mutations
a single A to T point mutations
30
98141
3071
mert egyetlen A betű T-be mutálódott
01:53
in both copies of their hemoglobin gene.
31
101236
2361
hemoglobingénjük mindkét példányában.
01:57
And children with progeria
are born with a T
are born with a T
32
105529
3132
A progériás gyerekek
a genom egy pontjában lévő
a genom egy pontjában lévő
02:00
at a single position in their genome
33
108685
2168
T-nukleotiddal születnek,
02:02
where you have a C,
34
110877
1399
ahol pedig C-nek kellene lennie,
02:05
with the devastating consequence
that these wonderful, bright kids
that these wonderful, bright kids
35
113125
3439
és a következmények oly szörnyűk,
hogy e csodás, éles eszű gyerekek
hogy e csodás, éles eszű gyerekek
02:08
age very rapidly and pass away
by about age 14.
by about age 14.
36
116588
3976
igen gyorsan öregszenek,
és kb. 14 éves korukra meghalnak.
és kb. 14 éves korukra meghalnak.
02:14
Throughout the history of medicine,
37
122358
1683
A gyógyítás története során
02:16
we have not had a way
to efficiently correct point mutations
to efficiently correct point mutations
38
124065
3060
nem alakult ki hatékony módszerünk
a pontmutáció élő
szervezetekben való kijavítására,
szervezetekben való kijavítására,
02:19
in living systems,
39
127149
1769
02:20
to change that disease-causing
T back into a C.
T back into a C.
40
128942
3200
hogy a betegséget okozó
T-t C-vé változtassuk.
T-t C-vé változtassuk.
02:25
Perhaps until now.
41
133482
1968
Tán csak mostanáig.
02:27
Because my laboratory recently succeeded
in developing such a capability,
in developing such a capability,
42
135474
4190
Mert laboromnak nemrég sikerült
az ún. bázisszerkesztési
módszert kidolgoznia.
módszert kidolgoznia.
02:31
which we call "base editing."
43
139688
1800
02:35
The story of how we developed base editing
44
143277
2024
A bázisszerkesztés története
02:37
actually begins three billion years ago.
45
145325
2674
voltaképp hárommilliárd éve kezdődött.
02:41
We think of bacteria
as sources of infection,
as sources of infection,
46
149055
2660
Baktériumokra
fertőzésforrásokként gondolunk,
fertőzésforrásokként gondolunk,
02:43
but bacteria themselves are also
prone to being infected,
prone to being infected,
47
151739
3314
ám a baktériumok maguk is
fertőzésre hajlamosak.
fertőzésre hajlamosak.
02:47
in particular, by viruses.
48
155077
1907
Konkrétan, vírusokkal.
02:49
So about three billion years ago,
49
157871
2151
Kb. hárommilliárd éve
02:52
bacteria evolved a defense mechanism
to fight viral infection.
to fight viral infection.
50
160046
3880
vírusfertőzés elleni védelmi
mechanizmust fejlesztettek ki.
mechanizmust fejlesztettek ki.
02:57
That defense mechanism
is now better known as CRISPR.
is now better known as CRISPR.
51
165649
2785
E védelmi mechanizmus
inkább CRISPR néven ismeretes.
inkább CRISPR néven ismeretes.
03:01
And the warhead in CRISPR
is this purple protein
is this purple protein
52
169008
2825
A CRISPR robbanófeje a bíbor fehérje,
03:03
that acts like molecular
scissors to cut DNA,
scissors to cut DNA,
53
171857
3778
amely molekuláris
DNS-vágó ollóként működik,
DNS-vágó ollóként működik,
03:07
breaking the double helix into two pieces.
54
175659
2428
mert a kettős csavarvonalat kettévágja.
03:11
If CRISPR couldn't distinguish
between bacterial and viral DNA,
between bacterial and viral DNA,
55
179323
3976
Ha a CRISPR nem képes különbséget tenni
a baktérium és a vírus DNS-e között,
a baktérium és a vírus DNS-e között,
03:15
it wouldn't be a very useful
defense system.
defense system.
56
183323
2239
a védelmi rendszer nemigen hasznos.
03:18
But the most amazing feature of CRISPR
57
186315
2785
Ám a CRISPR legcsodásabb tulajdonsága,
03:21
is that the scissors can be
programmed to search for,
programmed to search for,
58
189124
5037
hogy az olló úgy programozható,
hogy csak egyedi DNS-szekvenciát
hogy csak egyedi DNS-szekvenciát
03:26
bind to and cut
59
194185
2423
keressen, vágjon,
03:28
only a specific DNA sequence.
60
196632
2738
és csak hozzá kötődjön.
03:32
So when a bacterium encounters
a virus for the first time,
a virus for the first time,
61
200911
3397
Amikor először találkozik
a baktérium a vírussal,
a baktérium a vírussal,
03:36
it can store a small snippet
of that virus's DNA
of that virus's DNA
62
204332
3373
képes a vírus egy DNS-darabkáját elrakni,
03:39
for use as a program
to direct the CRISPR scissors
to direct the CRISPR scissors
63
207729
3644
hogy programként használja
a CRISPR-olló irányítására
a CRISPR-olló irányítására
03:43
to cut that viral DNA sequence
during a future infection.
during a future infection.
64
211397
3536
a vírus DNS-szekvenciájának kivágására
a következő fertőzéskor.
a következő fertőzéskor.
03:47
Cutting a virus's DNA messes up
the function of the cut viral gene,
the function of the cut viral gene,
65
215778
4913
Ha belevág a vírus DNS-ébe,
azzal megzavarja a vírusgén működését,
azzal megzavarja a vírusgén működését,
03:52
and therefore disrupts
the virus's life cycle.
the virus's life cycle.
66
220715
2702
és ezzel összeomlasztja
a vírus életciklusát.
a vírus életciklusát.
03:58
Remarkable researchers including
Emmanuelle Charpentier, George Church,
Emmanuelle Charpentier, George Church,
67
226059
4801
Emmanuelle Charpentier, George Church,
Jennifer Doudna és Feng Zhang
neves kutatók
neves kutatók
04:02
Jennifer Doudna and Feng Zhang
68
230884
2653
04:05
showed six years ago how CRISPR scissors
could be programmed
could be programmed
69
233561
3969
hat éve mutatták ki a CRISPR-ollók
programozási módszerét
programozási módszerét
04:09
to cut DNA sequences of our choosing,
70
237554
2587
a kellő DNS-szekvencia kivágására,
04:12
including sequences in your genome,
71
240165
2369
beleértve a humán genomot,
04:14
instead of the viral DNA sequences
chosen by bacteria.
chosen by bacteria.
72
242558
3343
és nem csak a baktérium választotta
vírusok DNS-szekvenciáit.
vírusok DNS-szekvenciáit.
04:18
But the outcomes are actually similar.
73
246550
2534
De az eredmények hasonlók.
04:21
Cutting a DNA sequence in your genome
74
249606
2468
Genomunk DNS-szekvenciájának kivágása is
04:24
also disrupts the function
of the cut gene, typically,
of the cut gene, typically,
75
252098
4127
általában összeomlasztja
a megvágott gén működését,
a megvágott gén működését,
04:28
by causing the insertion and deletion
of random mixtures of DNA letters
of random mixtures of DNA letters
76
256997
4467
mert DNS-betűk véletlenszerű elegyének
beillesztését és törlését okozza
beillesztését és törlését okozza
04:33
at the cut site.
77
261488
1153
a megvágott helyen.
04:36
Now, disrupting genes can be very
useful for some applications.
useful for some applications.
78
264625
3881
A gének tönkretétele egyes
alkalmazásoknál igen hasznos lehet.
alkalmazásoknál igen hasznos lehet.
04:42
But for most point mutations
that cause genetic diseases,
that cause genetic diseases,
79
270005
4301
Ám a genetikai kórokat okozó
legtöbb pontmutációnál
legtöbb pontmutációnál
04:46
simply cutting the already-mutated gene
won't benefit patients,
won't benefit patients,
80
274330
4357
a már mutálódott gén puszta kivágása
a páciensnek nem jelent megoldást,
a páciensnek nem jelent megoldást,
04:50
because the function of the mutated gene
needs to be restored,
needs to be restored,
81
278711
3968
mert a mutálódott gén működését
még helyre is kell állítani,
még helyre is kell állítani,
04:54
not further disrupted.
82
282703
1615
nem pedig tovább rongálni.
04:57
So cutting this
already-mutated hemoglobin gene
already-mutated hemoglobin gene
83
285259
2882
Ezért a sarlósejtes anémiát okozó,
05:00
that causes sickle cell anemia
84
288165
2523
már mutálódott hemoglobingén megvágásától
05:02
won't restore the ability of patients
to make healthy red blood cells.
to make healthy red blood cells.
85
290712
3516
nem áll helyre a páciens
vörösvérsejt-képző képessége.
vörösvérsejt-képző képessége.
05:07
And while we can sometimes introduce
new DNA sequences into cells
new DNA sequences into cells
86
295631
4341
Noha új DNS-szekvenciákat néha
be tudunk juttatni a sejtekbe,
be tudunk juttatni a sejtekbe,
05:11
to replace the DNA sequences
surrounding a cut site,
surrounding a cut site,
87
299996
3421
a megvágott helyet körülvevő
DNS-szekvenciák helyére,
DNS-szekvenciák helyére,
05:15
that process, unfortunately, doesn't work
in most types of cells,
in most types of cells,
88
303441
4324
de sajnos, a folyamat a legtöbb
sejtfajtánál nem működik,
sejtfajtánál nem működik,
05:19
and the disrupted gene outcomes
still predominate.
still predominate.
89
307789
2441
és a roncsolt gén hatása
továbbra is érvényesül.
továbbra is érvényesül.
05:24
Like many scientists,
I've dreamed of a future
I've dreamed of a future
90
312297
2182
Sok tudóshoz hasonlóan
én is oly jövőről álmodoztam,
én is oly jövőről álmodoztam,
05:26
in which we might be able to treat
or maybe even cure
or maybe even cure
91
314503
2774
amelyben kezelhetjük
vagy tán meg is gyógyíthatjuk
vagy tán meg is gyógyíthatjuk
05:29
human genetic diseases.
92
317301
1371
a humán genetikai kórokat.
05:31
But I saw the lack of a way
to fix point mutations,
to fix point mutations,
93
319135
3801
De láttam, hogy hiányzik
a pontmutáció kijavítási módszere;
a pontmutáció kijavítási módszere;
05:34
which cause most human genetic diseases,
94
322960
3024
e mutáció okozza
a humán genetikai kórok zömét.
a humán genetikai kórok zömét.
05:38
as a major problem standing in the way.
95
326008
2388
Ez a fő akadály.
05:41
Being a chemist, I began
working with my students
working with my students
96
329434
2668
Vegyész lévén diákjaimmal nekiláttunk
05:44
to develop ways on performing chemistry
directly on an individual DNA base,
directly on an individual DNA base,
97
332126
4935
közvetlenül egy-egy DNS-bázisra ható
vegyi módszerek kifejlesztésének,
vegyi módszerek kifejlesztésének,
05:49
to truly fix, rather than disrupt,
the mutations that cause genetic diseases.
the mutations that cause genetic diseases.
98
337085
5619
hogy a kórokozó mutáció inkább
ki legyen javítva, semmint elroncsolva.
ki legyen javítva, semmint elroncsolva.
05:56
The results of our efforts
are molecular machines
are molecular machines
99
344522
2548
Igyekezetünk eredménye:
05:59
called "base editors."
100
347094
1388
az ún. bázisszerkesztő molekuláris gép.
06:01
Base editors use the programmable
searching mechanism of CRISPR scissors,
searching mechanism of CRISPR scissors,
101
349618
5475
Ezek a CRISPR-olló programozható
keresőmechanizmusát használják,
keresőmechanizmusát használják,
06:07
but instead of cutting the DNA,
102
355117
2936
de a DNS vágása helyett
06:10
they directly convert
one base to another base
one base to another base
103
358077
2941
az egyik bázist közvetlenül
másikká változtatják át
másikká változtatják át
06:13
without disrupting the rest of the gene.
104
361042
2253
a gén többi részének károsítása nélkül.
06:16
So if you think of naturally occurring
CRISPR proteins as molecular scissors,
CRISPR proteins as molecular scissors,
105
364674
4158
Ha a természetes CRISPR-fehérjéket
molekuláris ollóknak fogjuk föl,
molekuláris ollóknak fogjuk föl,
06:20
you can think of base editors as pencils,
106
368856
2786
akkor a bázisszerkesztők
ceruzának tekinthetők,
ceruzának tekinthetők,
06:23
capable of directly rewriting
one DNA letter into another
one DNA letter into another
107
371666
3496
amelyek egy-egy DNS-betűt
közvetlenül másikká írnak át.
közvetlenül másikká írnak át.
06:28
by actually rearranging
the atoms of one DNA base
the atoms of one DNA base
108
376098
3803
Ehhez a DNS-bázis atomjait
06:31
to instead become a different base.
109
379925
2334
más bázissá rendezik át.
06:35
Now, base editors don't exist in nature.
110
383513
2176
Bázisszerkesztők
a természetben nem léteznek.
a természetben nem léteznek.
06:38
In fact, we engineered
the first base editor, shown here,
the first base editor, shown here,
111
386683
3230
Itt látható az első
mesterséges bázisszerkesztőnk,
mesterséges bázisszerkesztőnk,
amelyet három fehérjéből állítottunk elő,
06:41
from three separate proteins
112
389937
1357
06:43
that don't even come
from the same organism.
from the same organism.
113
391318
2230
amelyek még csak nem is
egy szervezetből származnak.
egy szervezetből származnak.
06:46
We started by taking CRISPR scissors
and disabling the ability to cut DNA
and disabling the ability to cut DNA
114
394151
5097
A CRISPR-olló DNS-vágási képességének
kikapcsolásával kezdtük,
kikapcsolásával kezdtük,
06:51
while retaining its ability to search for
and bind a target DNA sequence
and bind a target DNA sequence
115
399272
4539
de meghagytuk a képességét,
hogy programozottan keressen
hogy programozottan keressen
és kapcsoljon össze
célba vett DNS-szekvenciákat.
célba vett DNS-szekvenciákat.
06:55
in a programmed manner.
116
403835
1534
06:58
To those disabled CRISPR
scissors, shown in blue,
scissors, shown in blue,
117
406351
2837
A kékkel jelölt kikapcsolt CRISPR-ollóhoz
07:01
we attached a second protein in red,
118
409212
2508
a pirossal jelölt
másik fehérjét kapcsoltuk,
másik fehérjét kapcsoltuk,
07:03
which performs a chemical reaction
on the DNA base C,
on the DNA base C,
119
411744
4301
amely a C DNS-bázison
vegyi reakciót hajt végre,
vegyi reakciót hajt végre,
07:08
converting it into a base
that behaves like T.
that behaves like T.
120
416069
3333
ezzel azt T-viselkedésű bázissá alakítja.
07:12
Third, we had to attach
to the first two proteins
to the first two proteins
121
420958
3142
Harmadszor, még hozzá kellett
adnunk az első két fehérjéhez
adnunk az első két fehérjéhez
07:16
the protein shown in purple,
122
424124
1350
a lilával jelölt harmadikat,
07:17
which protects the edited base
from being removed by the cell.
from being removed by the cell.
123
425498
3600
amely a szerkesztett bázist megóvja attól,
hogy a sejt eltávolítsa.
hogy a sejt eltávolítsa.
07:22
The net result is an engineered
three-part protein
three-part protein
124
430466
2842
Az eredmény a háromrészes fehérje,
07:25
that for the first time
allows us to convert Cs into Ts
allows us to convert Cs into Ts
125
433332
4118
amely elsőként teszi lehetővé
a genom meghatározott
helyén lévő C átalakítását T-vé.
helyén lévő C átalakítását T-vé.
07:29
at specified locations in the genome.
126
437474
2163
07:33
But even at this point,
our work was only half done.
our work was only half done.
127
441490
3032
De elvégzendő munkánknak ez csak a fele.
07:36
Because in order to be stable in cells,
128
444546
2626
Mert ahhoz, hogy a sejtekben rögzüljenek,
07:39
the two strands of a DNA double helix
have to form base pairs.
have to form base pairs.
129
447196
3659
a DNS kettős csigavonalának két szálát
bázispároknak kell összekötniük.
bázispároknak kell összekötniük.
07:44
And because C only pairs with G,
130
452125
3658
Mivel a C-hez csak a G kapcsolódhat,
07:47
and T only pairs with A,
131
455807
3002
és a T-hez pedig csak az A,
07:51
simply changing a C to a T
on one DNA strand creates a mismatch,
on one DNA strand creates a mismatch,
132
459752
4846
ha a C-t csupán T-vé módosítjuk
az egyik DNS-szálban,
az egyik DNS-szálban,
az zavart, összeférhetetlenséget
okoz a két DNS-szál között,
okoz a két DNS-szál között,
07:56
a disagreement between the two DNA strands
133
464622
2849
07:59
that the cell has to resolve
by deciding which strand to replace.
by deciding which strand to replace.
134
467495
4268
amelyet a sejtnek kéne megoldania,
eldöntve: melyik szálat helyettesítse.
eldöntve: melyik szálat helyettesítse.
08:05
We realized that we could further engineer
this three-part protein
this three-part protein
135
473149
4341
Rájöttünk, hogy még tovább is
javíthatjuk e háromrészes fehérjét,
javíthatjuk e háromrészes fehérjét,
08:10
to flag the nonedited strand
as the one to be replaced
as the one to be replaced
136
478649
3866
ha bevágással cserélendőnek jelöljük meg
08:14
by nicking that strand.
137
482539
1911
a szerkesztetlen szálat.
08:17
This little nick tricks the cell
138
485276
2529
E kis vágás becsapja a sejtet:
08:19
into replacing the nonedited G with an A
139
487829
4947
engedi a szerkesztetlen G A-ra cserélését
08:24
as it remakes the nicked strand,
140
492800
2325
a megvágott szál átalakítása révén.
08:27
thereby completing the conversion
of what used to be a C-G base pair
of what used to be a C-G base pair
141
495149
4031
Ezzel befejeződik a korábbi C–G pár
08:31
into a stable T-A base pair.
142
499204
2296
stabil T–A párrá való átalakítása.
08:36
After several years of hard work
143
504585
1551
Több évi szorgalmas munka után,
08:38
led by a former post doc
in the lab, Alexis Komor,
in the lab, Alexis Komor,
144
506160
3981
amelyet Alexis Komor
volt PhD-kutató vezetett,
volt PhD-kutató vezetett,
08:42
we succeeded in developing
this first class of base editor,
this first class of base editor,
145
510165
3182
sikerült eme első fajtájú
bázisszerkesztő kifejlesztése,
bázisszerkesztő kifejlesztése,
08:45
which converts Cs into Ts and Gs into As
146
513371
3666
amely C-t T-vé és G-t A-vá alakít át
08:49
at targeted positions of our choosing.
147
517061
2159
tetszésünk szerinti helyen.
08:52
Among the more than 35,000 known
disease-associated point mutations,
disease-associated point mutations,
148
520633
5230
35 000 kórokozó pontmutáció közül
08:57
the two kinds of mutations
that this first base editor can reverse
that this first base editor can reverse
149
525887
3785
kétféle mutációt képes eme első
bázisszerkesztő visszaalakítani,
bázisszerkesztő visszaalakítani,
09:01
collectively account for about 14 percent
or 5,000 or so pathogenic point mutations.
or 5,000 or so pathogenic point mutations.
150
529696
6143
ez összesen 5 000 kórokozó
mutáció, azaz kb. 14%-uk.
mutáció, azaz kb. 14%-uk.
09:08
But correcting the largest fraction
of disease-causing point mutations
of disease-causing point mutations
151
536593
4770
A kórokozó pontmutációk
zömének kijavításához
zömének kijavításához
09:13
would require developing
a second class of base editor,
a second class of base editor,
152
541387
3635
a bázisszerkesztők másik
fajtáját kell kifejlesztenünk,
fajtáját kell kifejlesztenünk,
09:17
one that could convert
As into Gs or Ts into Cs.
As into Gs or Ts into Cs.
153
545046
4086
amely az A-t G-vé
és T-t C-vé képes alakítani.
és T-t C-vé képes alakítani.
09:22
Led by Nicole Gaudelli,
a former post doc in the lab,
a former post doc in the lab,
154
550846
3727
Nicole Gaudelli volt PhD-kutató
vezetésével
vezetésével
09:26
we set out to develop
this second class of base editor,
this second class of base editor,
155
554597
3122
hozzáfogtunk e másik fajtájú
bázisszerkesztő kifejlesztéséhez,
bázisszerkesztő kifejlesztéséhez,
09:29
which, in theory, could correct up to
almost half of pathogenic point mutations,
almost half of pathogenic point mutations,
156
557743
6127
amely elvileg a kórokozó pontmutációk
majdnem felét képes kijavítani,
majdnem felét képes kijavítani,
09:35
including that mutation that causes
the rapid-aging disease progeria.
the rapid-aging disease progeria.
157
563894
3911
beleértve a gyors öregedést okozó kór,
a progéria mutációját is.
a progéria mutációját is.
09:42
We realized that we could
borrow, once again,
borrow, once again,
158
570107
3167
Rájöttünk, hogy utánozhatjuk
09:45
the targeting mechanism of CRISPR scissors
159
573298
4068
a CRISPR-olló célzó mechanizmusát,
09:49
to bring the new base editor
to the right site in a genome.
to the right site in a genome.
160
577390
5161
hogy az új bázisszerkesztőt
a genom kellő helyére juttassuk be.
a genom kellő helyére juttassuk be.
09:55
But we quickly encountered
an incredible problem;
an incredible problem;
161
583543
3092
De hamarosan meglepő nehézséggel
találtuk szemben magunkat,
találtuk szemben magunkat,
09:59
namely, there is no protein
162
587896
2428
nevezetesen, hogy nincs ismert fehérje,
10:02
that's known to convert
A into G or T into C
A into G or T into C
163
590348
4052
amely az A-t G-vé
vagy a T-t C-vé változtatná
vagy a T-t C-vé változtatná
10:06
in DNA.
164
594424
1161
a DNS-ben.
10:08
Faced with such a serious stumbling block,
165
596760
2166
Ilyen komoly buktató láttán
10:10
most students would probably
look for another project,
look for another project,
166
598950
2532
a legtöbb diák nyilván más projekt,
10:13
if not another research advisor.
167
601506
1740
sőt más konzulens után nézne.
10:15
(Laughter)
168
603270
1164
(Nevetés)
10:16
But Nicole agreed to proceed with a plan
169
604458
1942
De Nicole a terv folytatása
mellett döntött,
mellett döntött,
10:18
that seemed wildly ambitious at the time.
170
606424
2667
ami abban az időben
igencsak nagyralátónak tűnt.
igencsak nagyralátónak tűnt.
10:21
Given the absence
of a naturally occurring protein
of a naturally occurring protein
171
609966
2339
A szükséges vegyi folyamatot végrehajtó
10:24
that performs the necessary chemistry,
172
612329
2161
természetes fehérje hiányát tudomásul véve
10:26
we decided we would evolve
our own protein in the laboratory
our own protein in the laboratory
173
614514
3436
úgy döntöttünk, hogy laborunkban
állítjuk elő a fehérjénket
állítjuk elő a fehérjénket
10:29
to convert A into a base
that behaves like G,
that behaves like G,
174
617974
3835
az A módosítására
G-ként viselkedő bázissá.
G-ként viselkedő bázissá.
10:33
starting from a protein
that performs related chemistry on RNA.
that performs related chemistry on RNA.
175
621833
4827
A vegyi folyamatot RNS-en
végrehajtó fehérjével kezdtük.
végrehajtó fehérjével kezdtük.
10:39
We set up a Darwinian
survival-of-the-fittest selection system
survival-of-the-fittest selection system
176
627230
3934
Az "erősebb túlélése darwini
szelekciós rendszert" választottuk,
szelekciós rendszert" választottuk,
10:43
that explored tens of millions
of protein variants
of protein variants
177
631188
3992
amely több tucat millió
fehérjeváltozatot eredményezett,
fehérjeváltozatot eredményezett,
10:47
and only allowed those rare variants
178
635204
2018
és csak azokat a ritka
változatokat engedte tovább,
változatokat engedte tovább,
10:49
that could perform the necessary
chemistry to survive.
chemistry to survive.
179
637246
3221
amelyekben túlélésükhöz kellő
vegyi folyamat végbement.
vegyi folyamat végbement.
10:53
We ended up with a protein shown here,
180
641883
2388
Hozzájutottunk az itt látható fehérjéhez,
10:56
the first that can convert A in DNA
181
644295
2857
amely elsőként képes a DNS-ben az A-t
10:59
into a base that resembles G.
182
647176
2092
a G-re hasonlító bázissá változtatni.
11:01
And when we attached that protein
183
649292
1603
Amikor ezt a fehérjét hozzákapcsoltuk
11:02
to the disabled CRISPR
scissors, shown in blue,
scissors, shown in blue,
184
650919
2571
a kékkel jelölt kikapcsolt CRISPR-ollóhoz,
11:05
we produced the second base editor,
185
653514
2008
azzal létrehoztuk az A-t G-vé alakító
11:07
which converts As into Gs,
186
655546
3095
másik fajtájú bázisszerkesztőt.
11:10
and then uses the same
strand-nicking strategy
strand-nicking strategy
187
658665
3841
Az pedig ugyanazt
a megvágottszál-technikát alkalmazza,
a megvágottszál-technikát alkalmazza,
11:14
that we used in the first base editor
188
662530
1920
melyet az első bázisszerkesztő,
11:16
to trick the cell into replacing
the nonedited T with a C
the nonedited T with a C
189
664474
5465
hogy kicselezze a sejtet
a szerkesztetlen T helyettesítésére C-vel,
a szerkesztetlen T helyettesítésére C-vel,
11:21
as it remakes that nicked strand,
190
669963
1675
a megvágott szál átalakítása révén.
11:23
thereby completing the conversion
of an A-T base pair to a G-C base pair.
of an A-T base pair to a G-C base pair.
191
671662
4171
Ezzel megvalósul az A–T bázispár
átváltoztatása a G–C bázispárrá.
átváltoztatása a G–C bázispárrá.
11:28
(Applause)
192
676845
2047
(Taps)
11:30
Thank you.
193
678916
1170
Köszönöm.
11:32
(Applause)
194
680110
3357
(Taps)
11:35
As an academic scientist in the US,
195
683491
2335
Az USA kutatójaként nem szoktam hozzá,
11:37
I'm not used to being
interrupted by applause.
interrupted by applause.
196
685850
2147
hogy tapssal szakítsanak félbe.
11:40
(Laughter)
197
688021
3151
(Nevetés)
11:43
We developed these
first two classes of base editors
first two classes of base editors
198
691196
4405
Az első két fajtájú bázisszerkesztőt
11:47
only three years ago
and one and a half years ago.
and one and a half years ago.
199
695625
2774
csak három éve,
illetve másfél éve fejlesztettük ki.
illetve másfél éve fejlesztettük ki.
11:51
But even in that short time,
200
699267
1548
De már e rövid idő alatt is
11:52
base editing has become widely used
by the biomedical research community.
by the biomedical research community.
201
700839
3722
a bázisszerkesztést széles körben
használják orvosbiológiai kutatók.
használják orvosbiológiai kutatók.
11:57
Base editors have been sent
more than 6,000 times
more than 6,000 times
202
705776
4365
Több mint hatezerszer küldtünk
a világ minden tájára bázisszerkesztőket
a világ minden tájára bázisszerkesztőket
12:02
at the request of more than
1,000 researchers around the globe.
1,000 researchers around the globe.
203
710165
3871
több mint 1 000 kutató kérésére.
12:07
A hundred scientific research papers
have been published already,
have been published already,
204
715475
3516
Már száz tudományos közlemény
jelent meg e tárgyban,
jelent meg e tárgyban,
12:11
using base editors in organisms
ranging from bacteria
ranging from bacteria
205
719015
3728
amelyek a bázisszerkesztők
alkalmazásáról számoltak be
alkalmazásáról számoltak be
baktériumoktól kezdve növényeken
és egereken át főemlősökig.
és egereken át főemlősökig.
12:14
to plants to mice to primates.
206
722767
2134
12:19
While base editors are too new
207
727950
1607
Noha a bázisszerkesztők még túl újak,
12:21
to have already entered
human clinical trials,
human clinical trials,
208
729581
2885
hogy humán klinikai kísérletekben
bevezessék őket,
bevezessék őket,
12:24
scientists have succeeded in achieving
a critical milestone towards that goal
a critical milestone towards that goal
209
732490
5122
a tudósoknak sikerült fontos
lépést tenniük e cél érdekében:
lépést tenniük e cél érdekében:
12:29
by using base editors in animals
210
737636
2849
állatokban használtak bázisszerkesztőket
12:32
to correct point mutations
that cause human genetic diseases.
that cause human genetic diseases.
211
740509
3909
humán genetikai kórokat okozó
pontmutációk kijavítására.
pontmutációk kijavítására.
12:37
For example,
212
745815
1151
Például
12:38
a collaborative team of scientists
led by Luke Koblan and Jon Levy,
led by Luke Koblan and Jon Levy,
213
746990
3793
a laboromban kutató Luke Koblan
és Jon Levy diákjaim vezette
egyik munkacsoport
egyik munkacsoport
12:42
two additional students in my lab,
214
750807
2413
12:45
recently used a virus to deliver
that second base editor
that second base editor
215
753244
4119
nemrég vírust használt a másik fajtájú
bázisszerkesztő bejuttatásához
bázisszerkesztő bejuttatásához
12:49
into a mouse with progeria,
216
757387
2190
progériás egerekbe,
12:51
changing that disease-causing
T back into a C
T back into a C
217
759601
3857
s ezzel a kórokozó T-t
C-vé változtatta vissza,
C-vé változtatta vissza,
12:55
and reversing its consequences
at the DNA, RNA and protein levels.
at the DNA, RNA and protein levels.
218
763482
4106
így DNS-, RNS- és fehérjeszinten is
elhárította a kór következményeit.
elhárította a kór következményeit.
13:00
Base editors have also
been used in animals
been used in animals
219
768880
2746
Bázisszerkesztőket alkalmaznak állatokban
13:03
to reverse the consequence of tyrosinemia,
220
771650
2924
tirozinémia, béta-talasszémia,
izomsorvadás, fenilketonuria,
izomsorvadás, fenilketonuria,
13:07
beta thalassemia, muscular dystrophy,
221
775642
3618
veleszületett süketség
13:11
phenylketonuria, a congenital deafness
222
779284
3690
és bizonyos szív-érrendszeri betegség
következményeinek elhárítására,
következményeinek elhárítására,
13:14
and a type of cardiovascular disease --
223
782998
1939
13:16
in each case, by directly
correcting a point mutation
correcting a point mutation
224
784961
4862
minden esetben
közvetlenül kijavítva a betegségokozó
vagy ahhoz hozzájáruló pontmutációkat.
13:21
that causes or contributes to the disease.
225
789847
2553
13:25
In plants, base editors have been used
226
793688
2056
Bázisszerkesztőket alkalmaznak növényekben
13:27
to introduce individual
single DNA letter changes
single DNA letter changes
227
795768
4072
egyedi DNS-betűcserékre,
13:31
that could lead to better crops.
228
799864
1968
amelyek jobb terméshez vezethetnek.
13:34
And biologists have used base editors
to probe the role of individual letters
to probe the role of individual letters
229
802253
4589
Biológusok bázisszerkesztőket alkalmaznak
egyes betűk szerepének tisztázására
egyes betűk szerepének tisztázására
13:38
in genes associated
with diseases such as cancer.
with diseases such as cancer.
230
806866
2817
a rákkal és más kórokkal
kapcsolatba hozható génekben.
kapcsolatba hozható génekben.
13:43
Two companies I cofounded,
Beam Therapeutics and Pairwise Plants,
Beam Therapeutics and Pairwise Plants,
231
811046
4567
A Beam Therapeutics és Pairwise Plants
cégek, melyek társalapítója vagyok,
cégek, melyek társalapítója vagyok,
13:47
are using base editing
to treat human genetic diseases
to treat human genetic diseases
232
815637
3825
bázisszerkesztést használnak
humán genetikai kórok kezelésére
humán genetikai kórok kezelésére
13:51
and to improve agriculture.
233
819486
1606
és a mezőgazdaság fejlesztésére.
13:53
All of these applications of base editing
234
821953
1966
Az összes bázisszerkesztési megoldást
13:55
have taken place in less
than the past three years:
than the past three years:
235
823943
3094
legfeljebb három éve alkalmazzák:
13:59
on the historical timescale of science,
236
827061
2364
ez a tudománytörténeti skálán
14:01
the blink of an eye.
237
829449
1282
szempillantásnyi idő.
14:04
Additional work lies ahead
238
832657
1253
További munka vár még ránk
14:05
before base editing can realize
its full potential
its full potential
239
833934
3032
mielőtt a bázisszerkesztés
teljesen kifejtené a hatását
teljesen kifejtené a hatását
14:08
to improve the lives of patients
with genetic diseases.
with genetic diseases.
240
836990
3614
a genetikai betegséggel küzdő páciensek
életminőségének javításában.
életminőségének javításában.
14:13
While many of these diseases
are thought to be treatable
are thought to be treatable
241
841244
2780
Noha sok ilyen kórt gyógyíthatónak tartunk
14:16
by correcting the underlying mutation
242
844048
1849
a kérdéses mutáció kijavításával,
14:17
in even a modest fraction
of cells in an organ,
of cells in an organ,
243
845921
3516
még sejtek csekély töredéke esetén is
14:21
delivering molecular machines
like base editors
like base editors
244
849461
2976
molekuláris gépek,
pl. bázisszerkesztők bejuttatása
pl. bázisszerkesztők bejuttatása
14:24
into cells in a human being
245
852461
1767
emberi lények sejtjeibe
14:26
can be challenging.
246
854252
1169
komoly kihívás lehet.
14:28
Co-opting nature's viruses
to deliver base editors
to deliver base editors
247
856962
3373
Természetes vírusok segítségül hívása
bázisszerkesztők bevitelére
bázisszerkesztők bevitelére
14:32
instead of the molecules
that give you a cold
that give you a cold
248
860359
2198
náthát okozó molekulák helyett
14:34
is one of several promising
delivery strategies
delivery strategies
249
862581
2687
a számos ígéretes beviteli módszer egyike,
14:37
that's been successfully used.
250
865292
1659
melyet már sikeresen alkalmaznak.
14:40
Continuing to develop
new molecular machines
new molecular machines
251
868268
2365
Új molekuláris gépek további fejlesztése,
14:42
that can make all of the remaining ways
252
870657
1868
amelyek egyik bázispárt
másik bázispárrá változtatnak,
másik bázispárrá változtatnak,
14:44
to convert one base pair
to another base pair
to another base pair
253
872549
2892
és a minimumra csökkentik
a szükségtelen szerkesztést
a szükségtelen szerkesztést
14:47
and that minimize unwanted editing
at off-target locations in cells
at off-target locations in cells
254
875465
4380
a sejt egyéb részein,
14:51
is very important.
255
879869
1200
igen fontos feladat.
14:53
And engaging with other scientists,
doctors, ethicists and governments
doctors, ethicists and governments
256
881782
4706
Fontos kötelezettségünk együttműködnünk
más tudósokkal, orvosokkal,
más tudósokkal, orvosokkal,
etikusokkal és kormányszervekkel,
14:58
to maximize the likelihood
that base editing is applied thoughtfully,
that base editing is applied thoughtfully,
257
886512
4791
hogy a bázisszerkesztést
a legnagyobb mértékben
a legnagyobb mértékben
megfontoltan, biztonságosan
és erkölcsösen alkalmazzuk.
és erkölcsösen alkalmazzuk.
15:03
safely and ethically,
258
891327
2381
15:05
remains a critical obligation.
259
893732
2000
15:09
These challenges notwithstanding,
260
897525
1611
Ha csupán öt éve azt mondták volna,
15:11
if you had told me
even just five years ago
even just five years ago
261
899160
3655
hogy a világ kutatói
15:14
that researchers around the globe
262
902839
1651
15:16
would be using laboratory-evolved
molecular machines
molecular machines
263
904514
3539
majd laborban fejlesztett
molekuláris gépeket használnak
molekuláris gépeket használnak
15:20
to directly convert
an individual base pair
an individual base pair
264
908077
2997
egy-egy bázispár
másik bázispárrá való hatékony,
15:23
to another base pair
265
911098
1182
minimális mellékhatású
15:24
at a specified location
in the human genome
in the human genome
266
912304
2619
közvetlen módosítására
15:26
efficiently and with a minimum
of other outcomes,
of other outcomes,
267
914947
3825
a humán genom bizonyos helyén,
15:30
I would have asked you,
268
918796
1168
megkérdeztem volna:
15:31
"What science-fiction novel
are you reading?"
are you reading?"
269
919988
2474
"Melyik fantasztikus regényt olvassa?".
15:35
Thanks to a relentlessly dedicated
group of students
group of students
270
923706
3460
Kérlelhetetlenül eltökélt
diákcsoportunknak köszönhetően,
diákcsoportunknak köszönhetően,
15:39
who were creative enough to engineer
what we could design ourselves
what we could design ourselves
271
927190
4460
amely elég ötletes volt, hogy véghezvigye,
amit magunk megtervezhettünk,
amit magunk megtervezhettünk,
15:43
and brave enough
to evolve what we couldn't,
to evolve what we couldn't,
272
931674
2925
és eléggé merész, hogy kifejlessze,
amit magunk nem,
amit magunk nem,
15:46
base editing has begun to transform
that science-fiction-like aspiration
that science-fiction-like aspiration
273
934623
5040
a bázisszerkesztés
a sci-fi-szerű vágyakozásból
a sci-fi-szerű vágyakozásból
létező valósággá kezdett válni,
15:51
into an exciting new reality,
274
939687
1857
15:54
one in which the most important gift
we give our children
we give our children
275
942250
3231
amelyben a gyermekeinknek adott
legfontosabb ajándék
legfontosabb ajándék
15:57
may not only be
three billion letters of DNA,
three billion letters of DNA,
276
945505
3025
nemcsak a hárommilliárd betű lehet,
16:00
but also the means to protect
and repair them.
and repair them.
277
948554
3110
hanem a betűk védelme és kijavítása is.
16:04
Thank you.
278
952339
1151
Köszönöm szépen.
(Taps)
16:05
(Applause)
279
953514
4502
16:10
Thank you.
280
958040
1150
Köszönöm.
ABOUT THE SPEAKER
David R. Liu - Chemical biologistDavid R. Liu leads a research group that combines chemistry and evolutionary techniques to create revolutionary new medicines.
Why you should listen
During his PhD research at Berkeley, David R. Liu initiated the first general effort to expand the genetic code in living cells. As a professor at Harvard and the Broad Institute, Liu integrates chemistry and evolution to illuminate biology and develop next-generation therapeutics. He has published more than 170 papers and is an inventor on more than 65 issued US patents.
Liu's major research interests include development and use of genome editing technologies to study and treat genetic diseases; the evolution of proteins with novel therapeutic potential; and the discovery of bioactive synthetic molecules using DNA-encoded libraries. Base editing, phage-assisted continuous evolution (PACE) and DNA-encoded libraries are three technologies pioneered in his laboratory that are now widely used in the biomedical sciences. Liu has also cofounded six biotechnology and therapeutics companies, including Editas Medicine, Beam Therapeutics, Pairwise Plants and Exo Therapeutics.
Liu grew up in Riverside, California, where playing with insects in his backyard crystallized his interest in science. He also is passionate about photography and has been banned from playing blackjack at virtually every major casino in Las Vegas after developing a creative and highly advantageous card-counting system.
David R. Liu | Speaker | TED.com