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.
För ett par år sen, tillsammans med min kollega Emmanuelle Charpentier, uppfann jag en ny teknik för att kunna ändra i genom. Den kallas CRISPR-Cas9. CRISPR-tekniken gör det möjligt för forskare att göra ändringar i cellers DNA som skulle kunna låta oss bota genetiska sjukdomar.
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.
Det kan vara intressant att veta att CRISPR-tekniken kom till genom ett grundforskningsprojekt som var riktat mot att upptäcka hur bakterier bekämpar virusangrepp. Bakterier måste hantera virus i sin miljö, och vi kan tänka på en virusinfektion som en tickande bomb - en bakterie har bara några minuter på sig för att desarmera bomben innan den blir förstörd. Många bakterier har ett immunsystem som kallas CRISPR i sina celler, som gör det möjligt för dem att hitta virus-DNA och förstöra den.
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.
Cas9 är ett protein som är en del av CRISPR-systemet, som kan hitta, klippa ut och senare förstöra virus-DNA på ett speciellt sätt. Och det var genom vår forskning för att förstå aktiviteten hos det här proteinet, Cas9, som vi insåg att vi kan utnyttja dess funktion som en genetisk ingenjörsteknik - ett sätt för forskare att ta bort eller lägga till specifika bitar av DNA i celler med en otrolig precision - som skulle ge möjligheter att göra saker som faktiskt inte varit möjliga förut.
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.
CRISPR-tekniken har redan använts för att förändra DNA i celler hos möss och apor, och även andra organismer. Kinesiska forskare visade nyligen att de också kunde använda CRISPR-tekniken för att ändra gener i mänskliga embryon. Och forskare i Philadelphia visade att de kunde använda CRISPR för att ta bort DNA från ett integrerat HIV-virus i infekterade människoceller.
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.
Möjligheten att göra den här typen av geneditering väcker ett flertal etiska frågor som vi måste ta ställning till, för den här tekniken kan inte bara användas på vuxna celler utan också på organismers embryon, även inom vår egen art. Så jag har, tillsammans med mina kollegor tagit initiativ till en global konversation om tekniken som jag är medskapare till, så att vi kan ta hänsyn till alla etiska och sociala konsekvenser som följer med en teknik som den här.
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.
Nu tänkte jag berätta om vad CRISPR-tekniken är, vad den kan göra, var vi står idag och varför jag tror att vi måste ta försiktiga steg framåt med hur vi använder den här tekniken.
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)
När virus infekterar en cell lägger de in sitt DNA. Och i en bakterie gör CRISPR-systemet det möjligt att plocka ut DNA:t från viruset och integrerat i små bitar in i kromosomen - i bakteriens DNA. De här integrerade delarna av viralt DNA läggs in på en plats som heter CRISPR. CRISPR står för klustrade jämnt fördelade korta palindromiska repetitioner. (Skratt)
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.
Jobbigt att uttala - ni förstår varför vi använder förkortningen CRISPR. Det är en mekanism som tillåter celler att över tid registrera de virus som de har utsatts för. Och viktigast, de här DNA-sekvenserna förs vidare till efterkommande celler, så cellerna är skyddade från virus inte bara i den generationen, utan under många cellgenerationer. Det tillåter cellerna att hålla en loggbok över infektioner och som min kollega Blake Wiedenheft brukar säga, så är CRISPR-platsen egentligen ett slags genetiskt vaccinationskort för celler. När en DNA-sekvens har lagts in i bakteriens kromosom gör cellen en liten kopia av en molekyl som heter RNA, som är orange på den här bilden, som är en exakt kopia av virusets DNA. RNA är en kemisk kusin till DNA, och det tillåter interaktion med DNA-molekyler som har en matchande sekvens.
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.
Så de små bitarna RNA från CRISPR-platsen associerar - binder till sig - ett protein som heter Cas9, som är vitt på den här bilden, och formar ett komplex som fungerar som en vaktpost i cellen. Det söker igenom all DNA i cellen för att hitta platsen som matchar sekvenserna i det bundna RNA:t. Och när den hittar de platserna - som ni kan se här, den blå molekylen är DNA - binds det här komplexet till DNA:t och låter Cas9-klyvaren klippa upp virusets DNA. Det gör ett väldigt precist snitt. Vi kan tänka på Cas9-RNA vaktpostskomplex som en sax som kan klippa i DNA - det gör ett snitt över de två DNA-strängarna. En viktig sak är att komplexet är programmeringsbart, så det kan programmeras att känna igen speciella DNA-sekvenser och göra ett snitt i DNA:t vid den platsen.
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.
Nu tänkte jag berätta att vi upptäckte att den aktiviteten kunde användas för att bygga om gener, för att låta celler göra en väldigt precis ändring i sitt DNA på platsen där snittet gjordes. Det liknar på sätt och vis sättet som vi använder ett ordbehandlingsprogram för att rätta ett stavfel i ett dokument.
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.
Anledningen till att vi ville använda CRISPR-systemet för att bygga om gener var för att celler har förmågan att upptäcka trasig DNA och reparera den. Så när en växt- eller djurcell upptäcker ett snitt i sina DNA-strängar kan den laga det snittet, antingen genom att klistra ihop ändarna hos det trasiga DNA:t med en pytteliten ändring i sekvensen på den platsen, eller så kan den repararera det genom att integrera nytt DNA vid snittet. Så om vi har ett sätt att klippa av båda DNA-strängarna på vissa platser, kan vi få celler att reparera snitten, antingen genom att förändra eller introducera ny genetisk information. Om vi skulle kunna programmera CRISPR-tekniken och göra ett snitt i DNA:et vid eller i närheten av en mutation som skapar cystisk fibros, till exempel, skulle vi kunna få celler att reparera den mutationen.
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.
Genetisk ingenjörskonst är faktiskt inget nytt, den har utvecklats sedan 70-talet. Vi har haft tekniker för att avkoda DNA, för att kopiera DNA, och även för att manipulera DNA. De här teknikerna var väldigt lovande, men problemet var att de antingen var för ineffektiva, eller att de var för svåra att använda så att de flesta forskare inte hade börjat använda dem i sina laboratorier, ännu mindre i kliniska tillämpningar. Så möjligheten att använda en teknik som CRISPR var lockande eftersom den var relativt enkel. Vi kan tänka på gamla genetiska ingenjörstekniker som att man skulle vara tvungen att bygga om sin dator varje gång man ville använda en ny mjukvara, medan CRISPR-tekniken är som mjukvara för generna, det är lätt att programmera genom att använda små RNA-delar.
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.
Så fort vi har gjort ett snitt i de båda DNA-strängarna kan vi framkalla en reparation och därigenom åstadkomma fantastiska saker som att kunna rätta till mutationer som orsakar sicklecell-anemi eller Huntingtons sjukdom. Jag tror att de första tillämpningarna för CRISPR-tekniken kommer att vara relaterade till blod, där det relativt sett är enklare att lägga in det här verktyget i celler, jämfört med i fast vävnad.
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.
Just nu görs mycket av arbetet på försöksdjur som möss, med mänskliga sjukdomar. Tekniken används för att göra väldigt precisa ändringar som låter oss studera sättet som de här förändringarna i cellens DNA påverkar antingen en vävnad, eller i det här fallet, en hel organism.
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.
I det här exemplet användes CRISPR-tekniken för att omvandla en gen genom att göra en liten förändring i DNA:et i den gen som ansvarar för mössens svarta päls. Tänk er att de här vita mössen skiljer sig från sina pigmenterade syskon genom bara en liten förändring av en gen i hela genomet, och de är i övrigt helt normala. När vi avkodar DNA:t från de här djuren ser vi att DNA-förändringen har skett precis på den plats där vi introducerade det, med hjälp av CRISPR-tekniken.
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.
Fler experiment pågår med andra djur som fungerar bra för att simulera mänsklig sjukdom, som apor. Vi har sett att vi kan använda de här systemen för att testa tillämpningen av tekniken i specifika vävnader, att till exempel ta reda på hur vi kan placera CRISPR-verktyget inuti celler. Vi vill också bli bättre på att förstå hur vi kan kontrollera hur DNA repareras efter att det var blivit klippt, och ta reda på hur vi kan kontrollera och begränsa alla oförutsedda effekter som den nya tekniken orsakar.
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.
Jag tror att vi kommer att se kliniska tillämpningar av tekniken, speciellt hos vuxna, inom de närmaste 10 åren. Jag tror att det är sannolikt att vi kommer att se kliniska försök och kanske till och med godkända behandlingar inom den tiden, vilket är spännande att tänka på. På grund av uppståndelsen runt den här tekniken finns det också ett stort intresse inom många start-up-företag som har startats för att kommersialisera CRISPR-tekniken, och många riskkapitalister har investerat i dessa företag.
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.
Men vi måste också tänka på att CRISPR-tekniken även kan användas för förbättringar. Tänk dig om vi kunde skapa människor som har förstärkta egenskaper, som starkare ben, eller mindre mottaglighet för hjärtsjukdom eller att få egenskaper som vi kanske tycker är attraktiva, som en annan ögonfärg eller ökad kroppslängd, såna saker. En slags "designade människor". Just nu finns det mycket vi inte vet om vilka slags gener som skulle ge upphov till dessa egenskaper. Men det är viktigt att veta att CRISPR-tekniken ger oss ett verktyg för att göra sådana förändringar så fort den kunskapen finns.
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.
Det här väcker ett antal etiska frågor som vi måste ta ställning till, och det är därför jag och mina kollegor har uppmanat till en globalt uppehåll för alla kliniska tillämpningar av CRISPR-tekniken i mänskliga embryon för att ge oss tid att verkligen fundera över vad de kommer att innebära. Det finns ett viktigt prejudikat till en sådan paus från 70-talet, när forskare gick samman och begärde en väntetid innan man fick använda molekylär kloning, tills säkerheten hos tekniken kunde testas och valideras noggrant.
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.
Vi har än så länge inga genetiskt förändrade människor, men det är inte science fiction längre. Genmodifierade djur och växter finns redan nu. Och det här ger oss ett enormt ansvar att noga överväga både de oväntade konsekvenserna och den medvetna påverkan man vill att det tekniska genombrottet ska få.
Thank you.
Tack.
(Applause)
(Applåder)
(Applause ends)
(Applåderna tystnar)
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, det här är en teknik med enorma konsekvenser, precis som du sa. Din inställning att begära en paus, väntetid, eller karantän är otroligt ansvarsfullt. Detta kommer så klart att ge medicinska resultat, men det finns också icke-medicinska och det är de som verkar ha störst dragningskraft, speciellt i media. Det här är en av de senaste numren av The Economist, "Editera mänskligheten". Det handlar bara om genetisk förbättring, inte alls om medicinska behandlingar. Vilka slags reaktioner fick du i mars från dina kollegor inom forskningsvärlden när du bad om eller föreslog att vi borde pausa det här för ett tag och tänka över det?
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: Jag tror att mina kollegor blev nöjda att få ett tillfälle att diskutera det här öppet. Det är intressant att när jag pratar med folk, med mina forskarkollegor och andra, så finns det en stor spridning i åsikterna om detta. Tydligen är det ett ämne som behöver noggrann eftertanke och diskussion.
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: Det blir en stor konferens i december som du och dina kollegor kallar till, ihop med National Academy of Sciences med flera, vad hoppas du i praktiken ska blir resultatet av den?
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: Jag hoppas vi kan ta upp de åsikter som många olika individer och intressenter har som vill tänka på hur vi kan använda tekniken på ett ansvarsfullt sätt. Det kanske inte blir möjligt att enas om ett gemensamt synsätt, men jag tycker att vi behöver förstå vilka frågeområden som finns innan vi går vidare.
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: Några av dina kollegor, som George Church vid Harvard, säger "Ja, etiska frågor handlar i grund och botten bara om säkerhet. Vi testar och testar, på djur och i labb, och när vi tycker att det är säkert nog går vi vidare till människor." Det är den andra tankeriktningen, att vi verkligen ska använda möjligheten och satsa på den fullt ut. Finns det en splittring i det vetenskapliga världen om det här? Kommer vi att se vissa människor som håller tillbaka för att de har etiska invändningar, och andra som bara går framåt eftersom vissa länder har för få regler eller inga regler alls?
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: Jag tror att det med varje sån här ny teknik kommer att finnas många olika synsätt, och jag tycker att det är helt normalt. Jag tror att tekniken till slut kommer att användas till genetisk ingenjörskonst, men jag tror att om man gör det utan noggrann eftertanke och diskussion kring risker och potentiella komplikationer vore det inte ansvarsfullt.
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: Det finns många andra tekniker och forskningsområden som utvecklas exponentiellt, ungefär som ditt område. Jag tänker på artificiell intelligens, autonoma robotar och så vidare. Ingen verkar - förutom autonoma krigsrobotar - verkar ingen ha föreslagit en liknande diskussion inom dessa fält, om att införa en väntetid. Tror du att diskussionen kan fungera som en förebild för andra forskningsfält?
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: Jag tror att det är svårt för forskare att komma ut från sina labb. Om jag tänker på mig själv så är det lite obekvämt att göra det. Men jag tror att eftersom jag har varit med och skapat detta sätter det mig och mina kollegor i en viss ansvarsposition. Och jag skulle vilja säga att jag hoppas att andra tekniker kommer att bedömas på samma sätt, precis som vi skulle bedöma något som skulle kunna påverka andra områden förutom biologi.
BG: Jennifer, thanks for coming to TED.
BG: Jennifer, tack för att du kom till TED.
JD: Thank you.
JD: Tack.
(Applause)
(Applåder)