Преди няколко години заедно с колегата ми Еманюел Шарпантие изобретихме нова технология за промяна на геноми. Нарича се CRISPR-Cas9. Технологията CRISPR-Cas9 позволява на учените да правят промени в ДНК в клетките, което може да ни позволи да лекуваме генетични заболявания.
A few years ago, with my colleague, Emmanuelle Charpentier, I invented a new technology for editing genomes. It's called CRISPR-Cas9. The CRISPR technology allows scientists to make changes to the DNA in cells that could allow us to cure genetic disease.
Може да ви е интересно да научите, че технологията CRISPR бе открита по време на обикновено проучване, целящо да научи как бактериите се борят с вирусните инфекции. Бактериите имат досег до различни вируси в тяхната среда, а за вирусната инфекция можем да мислим като за бомба с часовников механизъм: бактерията има само няколко минути да обезвреди бомбата преди тя да избухне и да я убие. И така, много бактерии имат в клетките си адаптивна имунна система, наречена CRISPR, която им позволява да разпознаят ДНК на даден вирус и да го унищожат.
You might be interested to know that the CRISPR technology came about through a basic research project that was aimed at discovering how bacteria fight viral infections. Bacteria have to deal with viruses in their environment, and we can think about a viral infection like a ticking time bomb -- a bacterium has only a few minutes to defuse the bomb before it gets destroyed. So, many bacteria have in their cells an adaptive immune system called CRISPR, that allows them to detect viral DNA and destroy it.
Част от системата CRISPR е протеин, наречен Cas9, който има способността да намира, прерязва и по този начин да разгражда вирусно ДНК по специфичен начин. По време на проучването ни върху действието на този протеин, Cas9, осъзнахме, че можем да използваме тази му функция като технология за генно инженерство - начин за учените да изтриват и добавят специфични части ДНК в клетките с невероятна прецизност - това щеше да ни даде възможността да правим неща, които не бяха възможни в миналото.
Part of the CRISPR system is a protein called Cas9, that's able to seek out, cut and eventually degrade viral DNA in a specific way. And it was through our research to understand the activity of this protein, Cas9, that we realized that we could harness its function as a genetic engineering technology -- a way for scientists to delete or insert specific bits of DNA into cells with incredible precision -- that would offer opportunities to do things that really haven't been possible in the past.
Технологията CRISPR вече е използвана за промяна в ДНК в клетките на мишки и маймуни, както и на други организми. Китайски учени наскоро показаха, че дори могат да използват технологията CRISPR за промяна на гените на човешки ембриони. А учени във Филаделфия показаха, че могат да използват CRISPR за премахване на ДНК на интегриран ХИВ вирус от инфектирани човешки клетки.
The CRISPR technology has already been used to change the DNA in the cells of mice and monkeys, other organisms as well. Chinese scientists showed recently that they could even use the CRISPR technology to change genes in human embryos. And scientists in Philadelphia showed they could use CRISPR to remove the DNA of an integrated HIV virus from infected human cells.
Възможността да се прави този тип промяна в генома повдига различни етични въпроси, които трябва да бъдат обмислени, защото тази технология може да бъде използвана не само за клетки на възрастен, но и при ембриони на различни организми, включително на нашия вид. И така, заедно с колегите ми призовахме за глобално обсъждане на технологията, на която съм съавтор, за да можем да вземем предвид всички етични и обществени последствия от употребата на подобна технология.
The opportunity to do this kind of genome editing also raises various ethical issues that we have to consider, because this technology can be employed not only in adult cells, but also in the embryos of organisms, including our own species. And so, together with my colleagues, I've called for a global conversation about the technology that I co-invented, so that we can consider all of the ethical and societal implications of a technology like this.
Това, което искам да направя сега, е да ви обясня какво е технологията CRISPR и какво може да прави тя на този етап, както и защо мисля, че трябва да предприемем предпазлив подход в начина, по който я използваме.
What I want to do now is tell you what the CRISPR technology is, what it can do, where we are today and why I think we need to take a prudent path forward in the way that we employ this technology.
Когато вируси инфектират клетка, те инжектират тяхно ДНК. В една бактерия системата CRISPR позволява на това ДНК да бъде изтръгнато от вируса и да бъде вкарано вътре в хромозомата на ДНК на самата бактерия. И тези малки частици ДНК от вируса се добавят към област, наречена CRISPR - значи: групирани, равномерно разпределени, кратки палиндромни повторения. (Смях)
When viruses infect a cell, they inject their DNA. And in a bacterium, the CRISPR system allows that DNA to be plucked out of the virus, and inserted in little bits into the chromosome -- the DNA of the bacterium. And these integrated bits of viral DNA get inserted at a site called CRISPR. CRISPR stands for clustered regularly interspaced short palindromic repeats. (Laughter)
Малко трудно за произнасяне - виждате защо използваме акронима CRISPR. Това е механизъм, който позволява на клетките да записват през времето вирусите, с които са имали контакт. Важното е, че тези частички ДНК се предават на потомството на тези клетки, така че клетките са защитени от вируси не само в едно поколение, а през много поколения от клетки. Това позволява на клетките да запазват архив на инфекциите и, както обича да казва колегата ми Блейк Виденхефт, траекторията CRISPR представлява генетичен имунизационен паспорт на клетките. Веднъж щом тези частици ДНК бъдат добавени към хромозомата на бактерията, клетката вече може да направи малко копие на молекулата, наречено РНК, което на изображението е показано в оранжево, което е точно копие на ДНК молекулата на вируса. РНК е химичен братовчед на ДНК и позволява взаимодействие с ДНК молекули, които имат същата последователност.
A big mouthful -- you can see why we use the acronym CRISPR. It's a mechanism that allows cells to record, over time, the viruses they have been exposed to. And importantly, those bits of DNA are passed on to the cells' progeny, so cells are protected from viruses not only in one generation, but over many generations of cells. This allows the cells to keep a record of infection, and as my colleague, Blake Wiedenheft, likes to say, the CRISPR locus is effectively a genetic vaccination card in cells. Once those bits of DNA have been inserted into the bacterial chromosome, the cell then makes a little copy of a molecule called RNA, which is orange in this picture, that is an exact replicate of the viral DNA. RNA is a chemical cousin of DNA, and it allows interaction with DNA molecules that have a matching sequence.
Тези малки частици РНК от траекторията на CRISPR се свързват с протеина Cas9, който е показан в бяло на изображението, и формират комплекс, който действа като страж в клетката. Той претърсва всички ДНК молекули на клетката с цел да открие места, съответстващи си на последователностите, заложени в РНК. И когато открие тези места, както виждате тук, синята молекула е ДНК, комплексът се свързва с това ДНК и позволява на Cas9 да отсече вирусната ДНК. Прави изключително прецизно разрязване. Така че можем да мислим за защитния комплекс Cas9 РНК като за чифт ножици, които режат ДНК - те прекъсват двойната верига на ДНК спиралата. Важното е, че комплексът е програмируем, може да бъде програмиран да разпознава определени ДНК последователности и да прави разрез в този участък.
So those little bits of RNA from the CRISPR locus associate -- they bind -- to protein called Cas9, which is white in the picture, and form a complex that functions like a sentinel in the cell. It searches through all of the DNA in the cell, to find sites that match the sequences in the bound RNAs. And when those sites are found -- as you can see here, the blue molecule is DNA -- this complex associates with that DNA and allows the Cas9 cleaver to cut up the viral DNA. It makes a very precise break. So we can think of the Cas9 RNA sentinel complex like a pair of scissors that can cut DNA -- it makes a double-stranded break in the DNA helix. And importantly, this complex is programmable, so it can be programmed to recognize particular DNA sequences, and make a break in the DNA at that site.
Както ще ви кажа сега, признахме, че тази дейност може да бъде използвана за цели на генното инженерство: за възможността клетките да правят много прецизни промени в своето ДНК на местата, където е направен такъв срез. Това е нещо като аналог на начина, по който използваме текстообработващи програми, за да поправим печатни грешки в документ.
As I'm going to tell you now, we recognized that that activity could be harnessed for genome engineering, to allow cells to make a very precise change to the DNA at the site where this break was introduced. That's sort of analogous to the way that we use a word-processing program to fix a typo in a document.
Причината да сметнем системата CRISPR за подходяща за генно инженерство, е че клетките имат способността да засичат повредена ДНК и да я поправят. Когато клетка на растение или животно засече прекъсване на двойна верига на ДНК, тя може да поправи това прекъсване чрез слепване на двата края на прекъснатата ДНК с помощта на едва забележима промяна в подредбата ѝ на това място, или чрез интегриране на нова ДНК в участъка на прекъсване. Така че, ако има начин да предизвикаме прекъсване на двойната верига на ДНК на точно определени места, можем да предизвикаме клетките да поправят тези прекъсвания, или чрез разпада, или чрез вкарването на нов генетичен материал. И така, ако сме способни да програмираме технологията на CRISPR да прекъсва ДНК на или близо до мястото на мутация, предизвикваща кистична фиброза например, ще можем да предизвикаме клетките да поправят тази мутация.
The reason we envisioned using the CRISPR system for genome engineering is because cells have the ability to detect broken DNA and repair it. So when a plant or an animal cell detects a double-stranded break in its DNA, it can fix that break, either by pasting together the ends of the broken DNA with a little, tiny change in the sequence of that position, or it can repair the break by integrating a new piece of DNA at the site of the cut. So if we have a way to introduce double-stranded breaks into DNA at precise places, we can trigger cells to repair those breaks, by either the disruption or incorporation of new genetic information. So if we were able to program the CRISPR technology to make a break in DNA at the position at or near a mutation causing cystic fibrosis, for example, we could trigger cells to repair that mutation.
Генното инженерство на практика не е ново, развива се от 70-те години на 20 век. Имали сме технологии за секвентиране на ДНК и за копирането ѝ, и дори за манипулиране на ДНК. И тези технологии бяха много обещаващи, но проблемът с тях бе, че бяха или недостатъчни, или твърде трудни за употреба, така че повечето учени не ги бяха възприели в собствените си лаборатории, или поне не се използваха при много от клиничните случаи. Така че, възможността да си послужим с технологията на CRISPR е привлекателна, поради относително лесната работа с нея. Можем да мислим за по-старите технологии за генно инженерство като да трябва да свързваш компютъра си наново всеки път, щом решиш да инсталираш нов софтуер, докато технологията CRISPR е като софтуер за генома, лесно можем да я програмираме, използвайки малките частици РНК.
Genome engineering is actually not new, it's been in development since the 1970s. We've had technologies for sequencing DNA, for copying DNA, and even for manipulating DNA. And these technologies were very promising, but the problem was that they were either inefficient, or they were difficult enough to use that most scientists had not adopted them for use in their own laboratories, or certainly for many clinical applications. So, the opportunity to take a technology like CRISPR and utilize it has appeal, because of its relative simplicity. We can think of older genome engineering technologies as similar to having to rewire your computer each time you want to run a new piece of software, whereas the CRISPR technology is like software for the genome, we can program it easily, using these little bits of RNA.
Веднъж щом има прекъсване на двойната верига на ДНК, можем да предприемем поправка и по този начин да постигнем поразителни резултати, като например да поправяме мутации, предизвикващи сърповидно-клетъчна анемия или предизвикващи болест на Хънтингтън. Всъщност мисля, че първите приложения на технологията CRISPR ще са в кръвта, където е относително по-лесно този инструмент да бъде вграден в клетките в сравнение с твърдите тъкани.
So once a double-stranded break is made in DNA, we can induce repair, and thereby potentially achieve astounding things, like being able to correct mutations that cause sickle cell anemia or cause Huntington's Disease. I actually think that the first applications of the CRISPR technology are going to happen in the blood, where it's relatively easier to deliver this tool into cells, compared to solid tissues.
Голяма част от работата в момента се извършва върху модели на човешки заболявания при животни, например мишки. Технологията се използва за направата на точно отмерени промени, позволяващи ни да проучим начина, по който тези промени в ДНК на клетката повлияват дадена тъкан, или в този случай - целия организъм.
Right now, a lot of the work that's going on applies to animal models of human disease, such as mice. The technology is being used to make very precise changes that allow us to study the way that these changes in the cell's DNA affect either a tissue or, in this case, an entire organism.
В този случай технологията CRISPR беше използвана за разпад на ген чрез малка промяна в ДНК на гена, която отговаря за това козината на мишката да е черна. Представете си, че тези бели мишки се различават от черните си братя и сестри само по дребна промяна в един от гените на целия геном, а иначе са напълно нормални. И определяйки първичната последователност на ДНК молекулите на тези животни, откриваме, че промяната в ДНК е настъпила точно на мястото, където сме я заложили, използвайки технологията CRISPR.
Now in this example, the CRISPR technology was used to disrupt a gene by making a tiny change in the DNA in a gene that is responsible for the black coat color of these mice. Imagine that these white mice differ from their pigmented litter-mates by just a tiny change at one gene in the entire genome, and they're otherwise completely normal. And when we sequence the DNA from these animals, we find that the change in the DNA has occurred at exactly the place where we induced it, using the CRISPR technology.
Допълнителни експерименти се правят с други животни, при които могат да се създадат модели на човешки заболявания, като маймуните например. А тук откриваме, че можем да използваме тези системи, за да тестваме употребата на технологията върху определени тъкани, например, откриваме как да вкараме инструментът CRISPR в клетките. Също така искаме да разберем по-добре как да контролираме начина, по който ДНК бива поправяна, след прекъсването, както и да открием как да контролираме и да ограничим евентуални нежелани или непланирани ефекти от употребата на технологията.
Additional experiments are going on in other animals that are useful for creating models for human disease, such as monkeys. And here we find that we can use these systems to test the application of this technology in particular tissues, for example, figuring out how to deliver the CRISPR tool into cells. We also want to understand better how to control the way that DNA is repaired after it's cut, and also to figure out how to control and limit any kind of off-target, or unintended effects of using the technology.
Мисля, че ще видим клинични приложения на тази технология, със сигурност при възрастни в рамките на идните 10 години. Мисля, че е много вероятно да видим клинични изпитания и вероятно дори одобрени терапии за това време, което е много вълнуващо. Поради вълнението покрай тази технология, има много голям интерес в стартиращи компании, създадени с цел да комерсиализират технологията CRISPR, и много компании за рисков капитал, които са инвестирали в тях.
I think that we will see clinical application of this technology, certainly in adults, within the next 10 years. I think that it's likely that we will see clinical trials and possibly even approved therapies within that time, which is a very exciting thing to think about. And because of the excitement around this technology, there's a lot of interest in start-up companies that have been founded to commercialize the CRISPR technology, and lots of venture capitalists that have been investing in these companies.
Но трябва да обмислим също и факта, че технологията CRISPR може да бъде използвана за подобрения. Представете си, че може да опитаме да създадем хора, които имат подобрени качества, като например по-здрави кости или по-ниска чувствителност към сърдечно-съдови заболявания, или дори имат качества, които смятаме за желани, като различен цвят на очите или различна височина, такива качества. "Дизайнерски човеци", можем да ги наречем. В момента генетичната информация за това кой тип гени биха повишили тези характеристики в голяма степен не ни е известна. Но е важно да се знае, че технологията CRISPR ни дава инструмент, с който да направим тези промени,
But we have to also consider that the CRISPR technology can be used for things like enhancement. Imagine that we could try to engineer humans that have enhanced properties, such as stronger bones, or less susceptibility to cardiovascular disease or even to have properties that we would consider maybe to be desirable, like a different eye color or to be taller, things like that. "Designer humans," if you will. Right now, the genetic information to understand what types of genes would give rise to these traits is mostly not known. But it's important to know that the CRISPR technology gives us a tool to make such changes,
стане ли известна тази информация. Това повдига редица етични въпроси, които внимателно трябва да обмислим. Ето защо аз и колегите ми призоваваме за глобално доброволно спиране на клиничните приложения на технологията CRISPR върху човешки ембриони, което да ни даде време наистина да помислим за всички различни последствия от такива деяния. И всъщност, има един важен прецедент за подобно ограничение от седемдесетте години на 20 век, когато учените единодушно решиха да наложат мораториум върху употребата на молекулно клониране,
once that knowledge becomes available. This raises a number of ethical questions that we have to carefully consider, and this is why I and my colleagues have called for a global pause in any clinical application of the CRISPR technology in human embryos, to give us time to really consider all of the various implications of doing so. And actually, there is an important precedent for such a pause from the 1970s, when scientists got together to call for a moratorium on the use of molecular cloning,
докато безопасността на технологията може да бъде внимателно тествана и потвърдена. Така че, все още не се изправяме пред генетично модифицирани хора, но това вече не е научна фантастика. Генно-модифицираните животни и растения в момента са факт. А това поставя всички ни пред огромната отговорност внимателно да обмислим както нежеланите последствия,
until the safety of that technology could be tested carefully and validated. So, genome-engineered humans are not with us yet, but this is no longer science fiction. Genome-engineered animals and plants are happening right now. And this puts in front of all of us a huge responsibility, to consider carefully both the unintended consequences
така и търсените резултати от това научно откритие.
as well as the intended impacts of a scientific breakthrough.
Благодаря ви. (Ръкопляскане) (Ръкопляскането свършва) Бруно Джусани: "Дженифър, тази технология носи огромни последствия, както ти изтъкна. Решението ти за призив за пауза или мораториум, или карантина, е изключително отговорно. Разбира се, има терапевтични резултати от технологията, но има и не-терапевтични и изглежда именно те набират скорост, по специално сред медиите. Ето скорошно издание на сп. The Economist: "Редактиране на човечеството". Там става въпрос за генетични подобрения, а не за лечение на заболявания. Какви бяха реакциите, които получи през месец март от колегите ти в научната сфера, след като ги попита, или предложи,
Thank you. (Applause) (Applause ends) Bruno Giussani: Jennifer, this is a technology with huge consequences, as you pointed out. Your attitude about asking for a pause or a moratorium or a quarantine is incredibly responsible. There are, of course, the therapeutic results of this, but then there are the un-therapeutic ones and they seem to be the ones gaining traction, particularly in the media. This is one of the latest issues of The Economist -- "Editing humanity." It's all about genetic enhancement, it's not about therapeutics. What kind of reactions did you get back in March from your colleagues in the science world, when you asked or suggested
да спрем за момент и да помислим добре?" Дженифър Дудна: "Колегите ми според мен всъщност се зарадваха на възможността да дискутират открито. Интересно е това, че говорейки с хората, с колегите ми учени, както и с много други, има много различни мнения по въпроса.
that we should actually pause this for a moment and think about it? Jennifer Doudna: My colleagues were actually, I think, delighted to have the opportunity to discuss this openly. It's interesting that as I talk to people, my scientific colleagues as well as others, there's a wide variety of viewpoints about this.
Така че, очевидно това е тема, нуждаеща се от внимателно разглеждане и обсъждане." БД: "През декември ще се състои голям симпозиум, който ти и колегите ти свиквате заедно с Националната академия на науките и с още други,
So clearly it's a topic that needs careful consideration and discussion. BG: There's a big meeting happening in December that you and your colleagues are calling, together with the National Academy of Sciences and others,
какъв е резултатът, който се надяваш да произлезе от този симпозиум?" ДД: "Надявам се, че ще можем да обменим различни гледни точки, както индивидуални, така и на заинтересованите страни, които искат да обмислят как да използват тази технология отговорно. Може и да не успеем да достигнем до консенсус, но мисля, че поне трябва да сме наясно
what do you hope will come out of the meeting, practically? JD: Well, I hope that we can air the views of many different individuals and stakeholders who want to think about how to use this technology responsibly. It may not be possible to come up with a consensus point of view, but I think we should at least understand
с всички проблеми, които ни очакват." БД: "Някои твои колеги, като Джордж Чърч от Харвард например, казват: "Да, етичните въпроси са просто притеснения за безопасност. Тестваме и тестваме, и тестваме отново с животни в лабораторни условия, и чак след като се чувстваме достатъчно спокойни, тестваме върху хора." Така че, това е друг поглед върху нещата: че трябва да използваме възможността да правим тестове. Възможно ли е научното съсловие да се раздели на два лагера по въпроса? Имам предвид, ще видим ли хора, които спират тестването поради етични притеснения, и други, които просто си продължават,
what all the issues are as we go forward. BG: Now, colleagues of yours, like George Church, for example, at Harvard, they say, "Yeah, ethical issues basically are just a question of safety. We test and test and test again, in animals and in labs, and then once we feel it's safe enough, we move on to humans." So that's kind of the other school of thought, that we should actually use this opportunity and really go for it. Is there a possible split happening in the science community about this? I mean, are we going to see some people holding back because they have ethical concerns, and some others just going forward
защото някои държави нямат достатъчно силни или никакви регулации?" ДД: "Мисля, че с новите технологии, особено с нещо такова, винаги има разнообразие от гледни точки и мисля, че това е напълно разбираемо. Мисля, че в крайна сметка технологията ще бъде използвана за генно инженерство върху хората, но смятам, че без внимателно обмисляне и обсъждане на рисковете и възможните усложнения,
because some countries under-regulate or don't regulate at all? JD: Well, I think with any new technology, especially something like this, there are going to be a variety of viewpoints, and I think that's perfectly understandable. I think that in the end, this technology will be used for human genome engineering, but I think to do that without careful consideration and discussion of the risks and potential complications
това няма да бъде отговорно." БД: "Има много други технологии и други сфери на науката, които се развиват главоломно, също като твоята. Визирам: изкуствения интелект, автономните роботи и така нататък. Никой изглежда не - настрана от автономните военни роботи - никой изглежда не е повдигал подобна дискусия в областта си с цел да се наложи мораториум.
would not be responsible. BG: There are a lot of technologies and other fields of science that are developing exponentially, pretty much like yours. I'm thinking about artificial intelligence, autonomous robots and so on. No one seems -- aside from autonomous warfare robots -- nobody seems to have launched a similar discussion in those fields, in calling for a moratorium.
Мислиш ли, че твоята инициатива може да послужи за пример в други области?" ДД: "Мисля, че за учените е трудно да излязат извън лабораторията. Говорейки за себе си, има известно чувство на дискомфорт да направим това. Но бидейки част от зараждането на всичко това, аз и колегите ми сме поставени в позиция, в която трябва да носим отговорност. И бих казала, че определено се надявам други технологии да бъдат обмислени по подобен начин, също както бихме обмислили нещо, което може да има непредвидени последици
Do you think that your discussion may serve as a blueprint for other fields? JD: Well, I think it's hard for scientists to get out of the laboratory. Speaking for myself, it's a little bit uncomfortable to do that. But I do think that being involved in the genesis of this really puts me and my colleagues in a position of responsibility. And I would say that I certainly hope that other technologies will be considered in the same way, just as we would want to consider something that could have implications
в области и извън биологията."
in other fields besides biology.
БД: "Благодаря, че дойде в TED."
BG: Jennifer, thanks for coming to TED.
ДД: "Аз благодаря." (Ръкопляскане)
JD: Thank you. (Applause)