The essence of being human is that we solve problems. And when we're faced with enormous problems like disease and climate change, we need to solve them by collaboration.
Ciò che ci rende umani è la capacità di risolvere problemi. E i grandi problemi che ci troviamo davanti come malattie o cambiamento climatico, devono essere risolti collaborando.
I'm excited to tell you about a new kind of collaboration that will absolutely create solutions to these big problems. It's a collaboration that's unexpected because it's between humans and the tiniest organisms that populate our planet: the bacteria and other microbes that live in, on and around us.
Non vedo l’ora di parlarvi di un nuovo tipo di collaborazione che creerà senza dubbio soluzioni per questi grossi problemi. Si tratta di una collaborazione inaspettata perché avviene tra gli umani e gli organismi più piccoli che popolano il nostro pianeta: i batteri e gli altri microbi che vivono dentro e intorno a noi.
Bacteria may be small and unseen, but they often have inspired transformative innovations, including the one that has become the cornerstone of my own research. Over the past decade, I've been at the forefront of developing a revolutionary technology called CRISPR that has come from the study of how bacteria fight viral infection. CRISPR is amazing because it allows us to precisely edit the DNA in living organisms, including in people and plants. With CRISPR, we can change, remove or replace the genes that govern the function of cells. This means that we now have the ability to use CRISPR like a word processor to find, cut and paste text.
I batteri possono essere piccoli e rimanere inosservati, ma hanno spesso portato a innovazioni rivoluzionarie, inclusa quella che è diventata la base della mia stessa ricerca. Negli ultimi dieci anni, sono stata in prima linea nello sviluppo di una tecnologia rivoluzionaria chiamata CRISPR, derivata dallo studio di come i batteri combattono le infezioni virali. La CRISPR è straordinaria perché consente di alterare con precisione il DNA negli organismi viventi, comprese persone e piante. Con la CRISPR possiamo cambiare, rimuovere e sostituire i geni che controllano la funzione delle cellule. Ciò significa che possiamo usare la CRISPR come un programma di videoscrittura per trovare, tagliare, e incollare un testo.
CRISPR, amazingly, has already cured people of devastating disorders like sickle cell disease, and it's created rice plants that are resistant to both diseases and drought. Incredible, right? But the next world-changing advance with CRISPR will actually come from using it in a way that will allow us to go to the next level by editing genes beyond just in individual organisms. We now have the ability to use CRISPR to edit entire populations of tiny microbes, called microbiomes, that live in and on our bodies.
La cosa più incredibile è che la CRISPR ha già curato molte persone da malattie devastanti come l'anemia falciforme, e ha creato piante di riso resistenti sia alle malattie che alla siccità. Incredibile, vero? Ma il prossimo progresso rivoluzionario legato alla CRISPR arriverà da una modalità d’uso che ci permetterà di fare un salto di livello modificando i geni ben oltre i singoli organismi. Abbiamo ora l'abilità di usare la CRISPR per modificare intere popolazioni di minuscoli microbi, chiamate microbiomi, che vivono dentro e sul nostro corpo.
For decades, scientists studied bacteria one organism at a time, as if each type of bacteria behaved independently. But we now know that bacterial behaviors, both good and bad, result from their interactions within complex microbiomes. In humans, dysfunctional gut microbiomes are associated with diseases as diverse as Alzheimer's and asthma. And in farm animals, microbiomes produce methane, a powerful contributor to climate change. But when they're healthy, both human and animal microbiomes can actually prevent disease and reduce methane emissions. So to harness these benefits, we need a way to precisely and reproducibly control these microbial communities.
Per decenni, gli scienziati hanno studiato i batteri un organismo per volta, come se ogni tipo di batterio si comportasse in modo indipendente. Ma ora sappiamo che il comportamento dei batteri, siano essi buoni o cattivi, è il risultato delle loro interazioni nei microbiomi complessi. Negli umani, anormalità nei microbiomi intestinali sono associate a malattie molto diverse come l'Alzheimer e l'asma. E negli animali da fattoria, i microbiomi producono metano, che contribuisce notevolmente al cambiamento climatico. Ma quando sono sani, i microbiomi umani e animali possono prevenire malattie e ridurre le emissioni di metano. Perciò, per trarne i benefici, abbiamo bisogno di un modo per controllare in modo preciso e riproducibile queste comunità microbiche.
So why have microbiomes been difficult to control in the past? It turns out that microbiomes are very complex, and they're difficult to manipulate. Antibiotics affect the entire microbiome and their overuse can lead to drug resistance. Diet and probiotics are nonspecific and they're often ineffective. Fecal transplants face various challenges to both effectiveness and acceptance.
Perché in passato era difficile controllare i microbiomi? I microbiomi sono in realtà molto complessi, e sono difficili da manipolare. Gli antibiotici colpiscono l'intero microbioma e il loro utilizzo eccessivo porta alla resistenza. Dieta e probiotici non sono rimedi specifici e risultano spesso inefficaci. I trapianti fecali risultano difficili sia nell'efficacia che nell'accettazione.
(Laughter)
(Risata)
But with CRISPR, we have a tool that works like a scalpel. It allows us to target a particular gene in a particular kind of cell. With CRISPR, we can change one kind of bacterium without affecting all the others.
Ma con la CRISPR, abbiamo uno strumento che funziona come un bisturi. Prende di mira un gene preciso in un tipo di cellula preciso. Con la CRISPR, possiamo cambiare un tipo di batterio senza che ciò influenzi tutti gli altri.
Another challenge is that less than one percent of the world’s microbial species have been grown and studied in the lab. Fortunately, we can now access the other 99 percent due to the pioneering research of my colleague, Jill Banfield, and her breakthrough technology, metagenomics, which is a tool that allows us to figure out what species are present and what they're doing in a microbial community. Metagenomics creates a detailed blueprint of a complex microbiome, and that means that we can use it to figure out how to use gene editing tools in the right gene, in the right organism.
Un'altra sfida è che meno dell'1% delle specie microbiche esistenti sono state coltivate e studiate in laboratorio. Fortunatamente, ora possiamo accedere all'altro 99% grazie alla ricerca di una mia collega, Jill Banfield, e alla sua tecnologia rivoluzionaria, ossia la metagenomica, che è uno strumento che ci permette di individuare quali specie sono presenti e qual è la loro funzione in una comunità microbica. La metagenomica crea una mappa dettagliata di un microbioma complesso, e ciò significa che la possiamo utilizzare per scoprire come usare gli strumenti per modificare i geni nel gene giusto, nel giusto organismo.
You might be wondering how we can take this new knowledge and harness it to solve real world problems. Well, we're bringing together these two breakthrough technologies, metagenomics and CRISPR, to create a brand new field of science called precision microbiome editing. This will allow us to discover links between dysfunctional microbiomes and disease or greenhouse gas emissions. We can develop modified and improved microbiome editors and show that they're safe and effective. And we can then begin to deploy these optimized solutions to create the kinds of solutions that will be transformative in the future.
Vi starete chiedendo come possiamo sfruttare questa nuova conoscenza per risolvere problemi reali. Beh, stiamo mettendo insieme queste due tecnologie rivoluzionarie, la metagenomica e la CRISPR, per creare un nuovo campo scientifico chiamato modifica di precisione dei microbiomi. Ciò ci permetterà di scoprire legami tra le anomalie dei microbiomi e le malattie o le emissioni di gas serra. Possiamo creare strumenti migliori e precisi per modificare i microbiomi e dimostrare che sono sicuri ed efficaci. E possiamo poi cominciare a utilizzare queste soluzioni ottimizzate per creare il tipo di soluzioni che trasformeranno il nostro futuro.
So how does this affect our health and the health of our planet? We know the poorest countries and people are the most affected by climate change, and it's a problem created by the wealthiest people. And methane is a big part of the problem. It's been a major contributor to rising global temperatures since preindustrial times. Specific microbiome compositions in livestock can actually reduce methane emissions by up to 80 percent. But doing that today currently requires daily interventions at enormous expense, and it just doesn't scale.
In che modo ciò influenza la nostra salute e la salute del nostro pianeta? Sappiamo che le persone e i Paesi più poveri sono i più colpiti dal cambiamento climatico, e che è un problema creato dalle persone più benestanti. E il metano è una grossa parte del problema. Ha contribuito in maniera importante ad alzare le temperature globali dai tempi preindustriali. Specifiche composizioni di microbiomi nel bestiame possono ridurre le emissioni di metano fino all'80%. Ma fare ciò oggi richiederebbe interventi quotidiani con spese enormi e non funzionerebbe su larga scala.
But with precision microbiome editing, we have an opportunity to modify a calf's microbiome at birth, limiting that animal's impact on the climate for its entire lifetime. And this is beneficial for farmers because reduced methane production means more efficient conversion of feed into food. Importantly, these tools can be used in the future to reduce methane emissions from other sources, like landfills, wastewater and rice paddies. Ultimately, microbiomes generate up to two-thirds of all of the methane emissions globally. So our technology could really move the needle in our fight against climate change.
Ma con la modifica di precisione dei microbiomi abbiamo l'opportunità di modificare il microbioma di un vitello alla nascita, limitando l'impatto dell'animale sul clima per tutta la sua vita. E questo è vantaggioso per gli agricoltori perché ridurre la produzione di metano comporta una conversione più efficiente del foraggio in cibo. E soprattutto, questi strumenti possono essere usati in futuro per ridurre le emissioni di metano da altre fonti, come le discariche, le acque di scarico e le risaie. Dopotutto, i microbiomi generano fino a due terzi di tutte le emissioni di metano nel mondo. Perciò la nostra tecnologia potrebbe essere significativa nella lotta contro il cambiamento climatico.
In human health, asthma affects up to 300 million people around the world, a number that grows by 50 percent each decade, and it disproportionately affects lower-income children. Our team has identified a promising link between a molecule produced in the gut microbiome and asthma development. With precision microbiome editing, we could offer a child at risk for asthma a noninvasive therapy that would eliminate asthma-inducing molecules, changing her life trajectory. And what's really exciting is that these same approaches in the future could help us treat or even prevent human diseases that are linked to the gut microbiome, including obesity, diabetes and Alzheimer's.
Nella salute umana, l'asma colpisce fino a 300 milioni di persone nel mondo, un numero che cresce del 50% ogni dieci anni, e colpisce in maniera sproporzionata i bambini delle famiglie più povere. Il nostro gruppo ha identificato un legame promettente tra una molecola prodotta nel microbioma intestinale e lo sviluppo dell'asma. Con la modifica di precisione dei microbiomi, potremmo offrire ai bambini a rischio di sviluppare l'asma una terapia non invasiva che eliminerebbe le molecole che causano l'asma, cambiando loro la vita. E quello che è più entusiasmante è che questo stesso approccio potrebbe aiutarci a curare o persino a prevenire malattie legate al microbioma intestinale, comprese l'obesità, il diabete e l'Alzheimer.
I think it’s fascinating that we can now use CRISPR to edit the same tiny organisms that gave us CRISPR. In doing so, we’re collaborating with the ultimate partner: nature. Together, we can use CRISPR-powered precision microbiome editing to build a more resilient future for all of us.
Penso che sia affascinante che ora possiamo usare la CRISPR per modificare gli stessi minuscoli organismi che ci hanno dato la CRISPR. Facendo ciò, collaboriamo con la nostra partner per eccellenza: la natura. Insieme, possiamo usare la modifica di precisione dei microbiomi alimentata dalla CRISPR per costruire un futuro più resiliente per tutti noi.
Thank you very much.
Grazie mille.
(Applause)
(Applausi)