저는 CRISPR이라는 흥미로운 주제에 대해 배우기 시작했습니다. 우리 학교는 곧 CRISPR에 대한 더 많은 정보를 공유 할 초청 연사를 초청했지만, 저는 사전에 직접 조사를 했고 제가 배운 것을 여러분과 공유하고 싶었습니다. CRISPR은 클러스터 된 정기적인 간격의 짧은 회문 반복의 줄임말입니다. CRISPR의 교과서 정의는 그것을 박테리아와 고세균과 같은 원핵 생물의 게놈에서 발견되는 DNA 서열의 계열로 설명합니다. 회문 반복 또는 서열은 DNA 또는 RNA의 두 가닥이 회문처럼 반대 방향으로 가는 동일한 패턴을 가질 때입니다. 회문 반복은 특정 단세포 유기체에 유전물질의 반복 시퀀스가 있을 때 클러스터된 규칙적으로 간격을 둔 짧은 회문 반복으로 바뀝니다. CRISPR의 경우 이러한 서열은 이전에 원핵생물 또는 단세포 유기체를 감염시킨 박테리오파지의 DNA 단편에서 유래 한 것입니다. 현재 이 서열에 있는 이 DNA 단편은 유사한 박테리오파지에서 DNA를 탐지하고 파괴하는 데 사용됩니다. 이것은 독감백신이 작동하는 방식과 유사합니다. 우리는 면역계에 소량의 독감을 허용하므로 나중에 면역계가 독감을 감지하면 이에 맞서 싸울 것입니다.

CRISPR은 다양한 기능을 제공하기 때문에 유전자 편집에 매우 중요한 도구입니다. 식물과 인간 모두에서 CRISPR을 사용하려는 많은 성공적인 시도가 있었습니다. 유전자 변형 유기체라고도 하는 GMO는 우리 인구의 식량 수요를 충족시키기 위해 한동안 식품에 사용되었습니다. 그러나 CRISPR을 사용하면 외래 DNA를 삽입하지 않고도 식품 내부의 DNA가 정확한 유전자 삭제 또는 대체를 할 수 있습니다. 따라서 최종 제품은 유전자 변형 유기체가 아닙니다. 미국 농무부 (USDA)와 식품의 약국 (FDA)은 유전자 조작 작물을 규제하고 GMO 작물에 대한 표준을 정의할 책임이 있습니다. 주요 초점은 작물에 존재하는 다른 종의 외래 DNA 서열의 존재에 있습니다. CRISPR은 외래 DNA를 삽입하지 않고 각 유전자를 DNA 시퀀스에 삽입합니다. 이것은 GMO로 분류되지 않는 유전자 편집을 사용하여 더 개선된 작물이 있을 수 있음을 의미합니다.

CRISPR은 인간에게도 사용되었습니다. CRISPR을 사용하여 유전성 실명 환자를 치료하는 진행중인 실험이 있습니다. 실명은 눈의 유전자 코딩 돌연변이로 인해 발생합니다. 가능한 치료법은 CRISPR을 포함하는 실험 약물을 눈에 직접 주입하는 것입니다. CRISPR은 감염된 세포로 들어가서 유전자를 수정하여 돌연변이를 제거합니다.

중요한 요소는 CRISPR 편집이 영구적이라는 것입니다. 즉, CRISPR 치료를 받는 환자는 단일 용량 또는 주사 만 필요합니다. 연구에 따르면 CRISPR은 겸상 적혈구 질환과 같은 질병을 치료하기 위해 인간 세포를 편집하는 데 사용될 수 있으며 암을 치료할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 과학의 이러한 발전은 모두 CRISPR을 발견하고 저명한 대학 교수인 Francis Mojica와 CRISPR 기술에 대한 획기적인 연구로 노벨상을 수상한 Jennifer Doudna와 Emmanuelle Charpentier 덕분입니다.

CRISPR은 주로 세포의 유전자 편집에 사용되지만 이를 단독으로 수행할 수는 없습니다. CRISPR이 표적 DNA를 발견하면 Cas9 또는 CRISPR 관련 단백질로도 알려진 Cas9를 보내 DNA에 결합하고 이를 절단하여 유전자 서열이 차단되도록 합니다. Cas9의 변형된 버전을 사용하면 DNA를 절단하는 대신 유전자 발현을 활성화할 수 있습니다. 이 두 가지 방법을 통해 과학자들은 유익한 유전자를 삽입하면서 불리한 유전자를 제거함으로써 유리한 형질을 DNA로 유전적으로 편집할 수 있습니다. CRISPR은 우리의 미래를 위한 중요하고 참신한 시작이며 우리 과학계의 귀중한 부분을 차지하고 있습니다. 저는 CRISPR이 오늘날 인간과 다음 세대에 가치있는 영향을 줄 잠재력이 있다고 믿습니다.

A Discussion on CRISPR

I have started to learn about an interesting topic called CRISPR. My school has invited a guest speaker who will soon share more information about CRISPR, however, I did my own research beforehand and I wanted to share with you what I have learned. CRISPR is short for clustered regularly interspaced short palindromic repeats. The textbook definition of CRISPR describes it as a family of DNA sequences found in the genomes of prokaryotic organisms such as bacteria and archaea. A palindromic repeat or sequence is when the two strands of DNA or RNA have the same pattern going in opposite directions like a palindrome. A palindromic repeat turns into a Clustered regularly interspaced short palindromic repeat when there are repeating sequences of genetic material in certain single-celled organisms. In CRISPR’s case, these sequences would be from DNA fragments of bacteriophages that had previously infected the prokaryote or single-celled organism. These DNA fragments that are now in these sequences are used to detect and destroy DNA from similar bacteriophages. This is similar to how the flu vaccine works. We allow a small amount of the flu into our immune system so later on, when our immune system detects the flu it will fight back. CRISPR is an extremely important tool for gene editing because of the versatility it offers. There have been many successful attempts at using CRISPR in both plants and humans.

GMO also known as genetically modified organisms have been in foods for a while to match our population’s food demands. But with the use of CRISPR, it allows the DNA inside the foods to have precise genetic deletions or replacements, without inserting foreign DNA. Therefore, the end product is not a genetically modified organism. The U.S. Department of Agriculture (USDA) and the Food and Drug Administration (FDA) are responsible for regulating genetically engineered crops, and defining standards for GMO crops. The main focus is on the presence of foreign DNA sequences from other species being present in the crops. CRISPR does not insert foreign DNA, it inserts the respective genes into the DNA sequence. This means there could be more improved crops using gene editing which would not be classified as GMO.

CRISPR has also been used on humans. There is an ongoing experiment that uses CRISPR to cure a person of inherited blindness. The blindness is caused by a mutation of the genetic coding in the eyes. The possible cure is to inject an experimental drug, which would contain CRISPR, directly into the eye. CRISPR would find its way into the affected cells and correct the gene to remove the mutation. An important factor is that a CRISPR edit is permanent.

This means patients who receive a CRISPR treatment only need a single dose or injection. Research shows CRISPR can also be used to edit human cells to treat diseases such as sickle cell disease and has the potential to cure cancer. These advancements in science are all thanks to Francis Mojica, a college professor who discovered and named CRISPR, and Jennifer Doudna and Emmanuelle Charpentier, who won a Nobel Prize for their breakthrough research on the CRISPR technology.

CRISPR is mainly used for genetic editing in cells but cannot perform this alone. Once CRISPR has found its targeted DNA, it sends out Cas9, or also known as CRISPR-associated protein, to bind to the DNA and cut it which tells the gene sequence to shut off. Using modified versions of Cas9, it is possible to activate a gene expression instead of cutting the DNA. With these two methods, scientists can genetically edit favorable traits into DNA by taking out unfavorable genes while inserting beneficial ones. CRISPR is an important and novel start to our future and has taken up a valuable part of our scientific community. I believe CRISPR has the potential to provide a worthwhile impact on humans today, and the generations to come.

<이준(Michael Yi) (칼몬트고교 11학년)>