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.
Qualche anno fa, con la mia collega, Emmanuelle Charpentier, ho inventato una nuova tecnologia per eseguire l'editing dei genomi, chiamata CRISPR-Cas9. La tecnologia CRISPR permette agli scienziati di realizzare dei cambiamenti nel DNA delle cellule, e potrebbe permetterci di curare le mattie genetiche.
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.
Vi potrà interessare sapere che questa tecnologia è stata scoperta grazie a un semplice progetto di ricerca il cui obiettivo era scoprire come i batteri combattono le infezioni virali. I batteri nel loro ambiente hanno a che fare con i virus, e un'infezione virale si può paragonare ad una bomba a orologeria – un batterio ha solo pochi minuti per disinnescarla prima di essere distrutto. Molti batteri hanno nelle loro cellule un sistema immunitario adattativo, il CRISPR, che gli permette di individuare il DNA virale e distruggerlo.
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.
Una parte del sistema CRISPR è costituita da una proteina chiamata Cas9, capace di cercare, tagliare e infine degradare il DNA virale in modo ben preciso. Mentre cercavamo di comprendere l'attività di questa proteina, Cas9, abbiamo capito che potevamo sfruttare la sua funzione utilizzandola come se fosse una tecnologia di ingegneria genetica – un modo per cancellare o inserire specifici frammenti di DNA nelle cellule con una precisione incredibile – che offrirebbe l'opportunità di fare delle cose impossibili in passato.
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.
La tecnologia CRISPR è stata già utilizzata per cambiare il DNA nelle cellule dei topi e delle scimmie, e anche di altri organismi. Degli scienziati cinesi hanno mostrato di recente che è possibile addirittura utilizzarla per cambiare dei geni negli embrioni umani. E degli scienziati di Philadelphia hanno mostrato di poterla utilizzare per rimuovere il DNA di un virus HIV integrato da cellule umane infette.
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.
L'opportunità di realizzare questo tipo di modifiche del genoma presenta varie questioni etiche da considerare, perché questa tecnologia può essere impiegata non solo in cellule adulte, ma anche negli embrioni degli organismi, inclusi quelli della nostra stessa specie. Quindi, insieme ai miei colleghi, ho convocato una discussione globale sulla tecnologia che ho co-inventato, in modo da poter considerare tutte le implicazioni etiche e sociali di una tale tecnologia.
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.
Adesso voglio spiegarvi cos'è la tecnologia CRISPR, cosa può fare, a che punto siamo oggi e perché penso che dobbiamo essere prudenti nell'usare questa tecnologia.
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)
Quando i virus infettano una cellula iniettano il loro DNA. E in un batterio il sistema CRISPR permette a quel DNA di venir strappato dal virus e inserito in piccole parti nel cromosma – nel DNA del batterio. E questi frammenti di DNA virale integrati vengono inseriti nel sito CRISPR. CRISPR sta per "clustered regularly interspaced short palindromic repeats". (Risate)
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.
Un vero scioglilingua - ora capite perché usiamo l'acronimo CRISPR. È un meccanismo che permette alle cellule di registare, nel tempo, i virus ai quali sono state esposte. E quei frammenti di DNA vengono trasmessi alla progenie delle cellule, per cui le cellule sono protette dai virus non solo per una generazione, ma per molte generazioni di cellule. Questo permette alla cellula di tenere un registro delle infezioni, e, come ama dire il mio collega Blake Wiedenheft, il locus CRISPR è a tutti gli effetti una tessera delle vaccinazioni genetiche delle cellule. Una volta che quei frammenti di DNA sono stati inseriti nel cromosoma batterico, la cellula sintetizza una piccola copia di una molecola chiamata RNA, che in questa figura è arancione, che è una replica esatta del DNA virale. L'RNA è un cugino chimico del DNA, e permette l'interazione con le molecole di DNA che hanno una sequenza complementare.
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.
Quindi quei piccoli frammenti di RNA dal locus CRISPR si associano – si legano – a una proteina chiamata Cas9, bianca nella figura, e costituiscono un complesso che funziona come una sentinella della cellula. Cerca per tutto il DNA nella cellula, per trovare dei siti complementari alle sequenze degli RNA. E quando quei siti vengono trovati – come potete vedere qui, la molecola blu è DNA – questo complesso si associa con quel DNA e permette al "demolitore" Cas9 di tagliare il DNA virale. Effettua un taglio molto preciso. Quindi possiamo pensare al complesso sentinella Cas9 RNA come a un paio di forbici che possono tagliare il DNA – fanno un taglio a doppio filamento nell'elica del DNA. La cosa importante è che questo complesso è programmabile, quindi può essere programmato per riconoscere sequenze di DNA particolari, e tagliare il DNA in quel sito.
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.
Come vi spiegherò ora, abbiamo realizzato che questo può essere sfruttato in ingegneria genomica per permettere alle cellule di realizzare dei cambiamenti molto precisi nel DNA nel sito in cui questo taglio è stato introdotto. È più o meno analogo al modo con cui utilizziamo un programma di videoscrittura per correggere un errore di ortografia.
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.
La ragione per cui abbiamo immaginato l'uso del CRISPR in ingegneria genomica è l'abilità delle cellule di individuare il DNA rotto e ripararlo. Quando una cellula animale o vegetale rileva una rottura a doppio filamento può aggiustarla incollando insieme le due estremità del DNA spezzato con un piccolissimo cambiamento nella sequenza in quella posizione oppure integrando un nuovo frammento di DNA nel sito del taglio. Quindi, se abbiamo un modo di introdurre delle rotture a doppio filamento nel DNA in punti precisi, possiamo indurre le cellule a riparare quelle rotture, interrompendo o incorporando nuova informazione genetica. Quindi se abbiamo potuto programmare la tecnologia CRISPR perché realizzi delle rotture nel DNA nella posizione o vicino a una mutazione che causa la fibrosi cistica, per esempio, possiamo indurre le cellule a riparare quella mutazione.
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.
In realtà l'ingegneria genomica non è una disciplina nuova, è nata negli anni '70. Ci sono state delle tecnologie per sequenziare il DNA, per copiarlo, e persino per manipolarlo. E queste tecnologie erano molto promettenti, ma il problema era il fatto che o erano inefficenti oppure erano così difficili da utilizzare che la maggior parte degli scienziati decise di non usarle nei loro laboratori, o comunque non vennero sfruttate per molte applicazioni cliniche. Quindi, l'opportunità di utilizzare una tecnologia come CRISPR ha i suoi vantaggi a causa della sua relativa semplicità. Possiamo pensare a tecniche più datate di ingegneria genomica come se fossero simili al dover ricablare il vostro computer ogni volta che volete installare un nuovo software, mentre la tecnologia CRISPR è come un software per il genoma, possiamo programmarlo facilmente, utilizzando questi frammenti di RNA.
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.
Una volta che è stata fatta una rottura a doppio filamento, possiamo indurre la riparazione, e questo ci dà la possibilità di ottenere cose stupefacenti, come l'essere in grado di correggere mutazioni che causano l'anemia falciforme o la malattia di Huntington. In realtà credo che le prime applicazioni della tecnologia CRISPR riguarderanno il sangue, dov'è relativamente più facile portare questi strumenti alle cellule in confronto ai tessuti solidi.
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.
In questo momento, molto di quel che si sta facendo è relativo a modelli animali di malattie umane, come i topi. La tecnologia viene utilizzata per operare cambiamenti molto precisi che ci permettono di studiare come queste modifiche nel DNA delle cellule influenzano un tessuto o, in questo caso, un organismo intero.
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.
In questo esempio, la tecnologia CRISPR è stata utilizzata per interrompere un gene realizzando un piccolissimo cambiamento nel DNA in un gene responsabile del colore nero del pelo di questi topi. Immaginate che questi topi bianchi differiscono dai loro fratelli pigmentati per un piccolo cambiamento in un gene nell'intero genoma, per il resto sono totalmente normali. E quando sequenziamo il DNA di questi animali, scopriamo che il cambiamento nel DNA è avvenuto nell'esatto punto in cui l'abbiamo introdotto, usando la tecnologia CRISPR.
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.
Esperimenti su altri animali sono attualmente in corso e sono utili per creare dei modelli per le malattie umane, come nelle scimmie. E qui scopriamo che possiamo utilizzare questi sistemi per testare l'applicazione di questa tecnologia in tessuti particolari, per esempio, per scoprire come portare lo strumento CRISPR nelle cellule. Vogliamo anche capire meglio come controllare il modo con cui il DNA viene riparato dopo il taglio, e anche per capire come controllare e limitare eventuali errori di target, o effetti indesiderati dell'utilizzo di questa tecnologia.
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.
Credo che arriveremo all'applicazione clinica di questa tecnologia – senz'altro negli adulti – nei prossimi 10 anni. Credo che sia verosimile arrivare alla sperimentazione clinica e possibilmente all'approvazione di terapie in questo lasso di tempo, il che è un qualcosa di molto emozionante a cui pensare. E a causa dell'entusiasmo per questa applicazione c'è molto interesse da parte delle startup fondate per la commercializzazione della tecnologia CRISPR, e di molti venture capitalist che hanno investito in queste compagnie.
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, once that knowledge becomes available.
Ma dobbiamo anche considerare che la CRISPR può essere utilizzata anche per cose come il miglioramento. Immaginate che possiamo provare a progettare gli esseri umani dotandoli di caratteristiche migliorate, come ossa più forti, o una minore predisposizione alle malattie cardiovascolari o persino con caratteristiche che per noi sono desiderabili, come un colore degli occhi diverso o un'altezza maggiore, cose del genere. Esseri umani "di design". In questo momento, le informazione genetiche per capire quali tipi di geni darebbero luogo a quelle caratteristiche sono quasi completamente sconosciute. Ma è importante sapere che la CRISPR ci dà uno strumento per realizzare tali cambiamenti, una volta che quelle informazioni saranno disponibili.
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, until the safety of that technology could be tested carefully and validated.
Questo solleva varie questioni etiche che dobbiamo considerare attentamente, per questo motivo io e i miei colleghi abbiamo convocato una pausa globale in tutte le applicazioni cliniche della tecnologia CRISPR negli embrioni umani, per avere il tempo di valutare adeguatamente tutte le varie implicazioni. E effettivamente, c'è un precedente importante per una pausa del genere, risale agli anni '70, quando gli scienziati si riunirono per convocare una moratoria sull'utilizzo della clonazione molecolare finché la sicurezza di quella tecnologia non fosse stata testata e validata.
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 as well as the intended impacts of a scientific breakthrough.
Non siamo ancora arrivati all'ingegnerizzazione genetica degli esseri umani, ma non si tratta più fantascienza. Esistono già piante e animali ingegnerizzati geneticamente. E questo ci pone di fronte a un'enorme responsabilità, quella del valutare attentamente sia le conseguenze indesiderate sia gli effetti intenzionali di una tale conquista scientifica.
Thank you.
Grazie.
(Applause)
(Applausi)
(Applause ends)
(Fine degli applausi)
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 that we should actually pause this for a moment and think about it?
Bruno Giussani: Jennifer, questa è una tecnologia con conseguenze enormi, come hai sottolineato. La tua richiesta di una pausa o una moratoria o una quarantena è veramente responsabile. Certo, esistono dei risultati terapeutici, ma poi ci sono anche quelli non terapeutici e sembra siano quelli ad attirare l'attenzione, soprattutto dei media. È una delle questioni più recenti trattate dall'Economist - "Modificare l'umanità". Si parla solo di miglioramento genetico, non di terapia. Che tipo di reazioni hai ottenuto a marzo dai colleghi del mondo scientifico, quando hai suggerito di fare una pausa per riflettere?
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. So clearly it's a topic that needs careful consideration and discussion.
Jennifer Doudna: In realtà i miei colleghi sono stati contenti di avere l'opportunità di discutere apertamente. È interessante il fatto che quando parlo con le persone, i colleghi e altri, ci sono moltissimi punti di vista. Chiaramente è un tema che necessita di un'attenta considerazione e discussione.
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, what do you hope will come out of the meeting, practically?
BG: C'è un grosso incontro a dicembre organizzato da te e dai tuoi colleghi insieme alla National Academy of Sciences e ad altri, quale sperate sarà il risultato di questo incontro nella pratica?
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 what all the issues are as we go forward.
JD: Beh, spero che potremo sentire l'opinione di persone diverse e degli stakeholder che vogliono pensare a come usare questa tecnologia in modo responsabile. Potrebbe non essere possibile arrivare a un punto di vista comune, ma penso che dovremmo almeno capire quali sono i problemi da tenere in conto.
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 because some countries under-regulate or don't regulate at all?
BG: Alcuni tuoi colleghi, come George Church, per esempio, a Harvard, dicono: "Si, le questioni etiche sono solo questioni di sicurezza. Noi facciamo moltissimi test, sugli animali e nei laboratori, e quando penseremo che sia abbastanza sicuro, inizieremo con gli esseri umani." Questa in un certo senso è un'altra scuola di pensiero, secondo cui dovremmo veramente cogliere quest'opportunità. È possibile che la comunità scientifica si divida su questo punto? Voglio dire, ci saranno persone che si limiteranno a causa delle preoccupazioni etiche, e altre che andranno avanti perché altre nazioni non avranno dei regolamenti adeguati?
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 would not be responsible.
JD: Credo che per ogni nuova tecnologia, soprattutto qualcosa del genere, esisteranno molti punti di vista e penso che questo sia perfettamente comprensibile. Penso che alla fine questa tecnologia verrà utilizzata per l'ingegnerizzazione del genoma umano, ma credo che farlo senza un'attenta considerazione e discussione sui rischi e sulle possibili complicazioni non sarebbe responsabile.
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. Do you think that your discussion may serve as a blueprint for other fields?
BG: Ci sono molte tecnologie e altri campi scientifici che si stanno sviluppando in maniera esponenziale. Penso all'intelligenza artificiale, i robot autonomi, ecc. Nessuno sembra essere – escludendo i robot autonomi da guerra – nessuno sembra aver indetto una simile discussione in questi ambiti, o richiesto una moratoria. Credi che la vostra discussione possa essere d'esempio per altri campi?
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 in other fields besides biology.
JD: Beh, credo che per gli scienziati sia difficile uscire dai laboratori. Per quanto mi riguarda, mi sento po' a disagio quando lo faccio. Ma credo che essere implicati nella nascita di qualcosa del genere metta veramente me e i miei colleghi in una posizione di responsabilità. E direi che spero sicuramente che altre tecnologie verranno considerate allo stesso modo, così come considereremmo qualcosa che potrebbe avere delle implicazioni in altri campi oltre alla biologia.
BG: Jennifer, thanks for coming to TED.
BG: Grazie per essere venuta a TED.
JD: Thank you.
JD: Grazie.
(Applause)
(Applausi)