So this is a talk about gene drives, but I'm going to start by telling you a brief story. 20 years ago, a biologist named Anthony James got obsessed with the idea of making mosquitos that didn't transmit malaria.
Esta es una charla sobre la deriva genética, pero comenzaré por contarles una historia breve. Hace 20 años, un biólogo llamado Anthony James se obsesionó con la idea de crear mosquitos que no transmitieran la malaria.
It was a great idea, and pretty much a complete failure. For one thing, it turned out to be really hard to make a malaria-resistant mosquito. James managed it, finally, just a few years ago, by adding some genes that make it impossible for the malaria parasite to survive inside the mosquito.
Era una gran idea, y básicamente un fracaso total. Por un lado, resultó ser muy difícil crear mosquitos resistentes a la malaria. James lo consiguió, finalmente, justo hace algunos años, agregando algunos genes que evitan que el parásito de la malaria sobreviva dentro del mosquito.
But that just created another problem. Now that you've got a malaria-resistant mosquito, how do you get it to replace all the malaria-carrying mosquitos? There are a couple options, but plan A was basically to breed up a bunch of the new genetically-engineered mosquitos release them into the wild and hope that they pass on their genes. The problem was that you'd have to release literally 10 times the number of native mosquitos to work. So in a village with 10,000 mosquitos, you release an extra 100,000. As you might guess, this was not a very popular strategy with the villagers.
Pero eso solo generó otro problema. Cuando tienes un mosquito resistente a la malaria, ¿cómo haces para que ese reemplace a todos los mosquitos portadores de malaria? Hay un par de opciones, pero plan A era básicamente el criar un grupo de mosquitos nuevos creados genéticamente soltarlos a la naturaleza y tener la esperanza de que transmitieran sus genes. El problema era que tendríamos que soltar literalmente 10 veces más que el número de mosquitos nativos para que funcione. En una villa con 10 000 mosquitos, liberas 100 000 extra. Como pueden adivinar, esta no era una estrategia muy popular entre los habitantes.
(Laughter)
(Risas)
Then, last January, Anthony James got an email from a biologist named Ethan Bier. Bier said that he and his grad student Valentino Gantz had stumbled on a tool that could not only guarantee that a particular genetic trait would be inherited, but that it would spread incredibly quickly. If they were right, it would basically solve the problem that he and James had been working on for 20 years.
En enero pasado, Anthony James recibió un correo de un biólogo llamado Ethan Bier. Bier decía que él y su estudiante Valentino Gantz se habían topado con una técnica que podía, no sólo garantizar que un rasgo genético particular sería heredado, sino que se esparciría increíblemente rápido. Si tenían razón, básicamente resolvería el problema en el que James había trabajado por 20 años.
As a test, they engineered two mosquitos to carry the anti-malaria gene and also this new tool, a gene drive, which I'll explain in a minute. Finally, they set it up so that any mosquitos that had inherited the anti-malaria gene wouldn't have the usual white eyes, but would instead have red eyes. That was pretty much just for convenience so they could tell just at a glance which was which.
Como una prueba, crearon dos mosquitos para llevar el gen antimalaria y también esta nueva técnica, una deriva genética, que explicaré en un minuto. Después, lo establecieron para que cualquier mosquito que hubiera heredado el gen antimalaria no tuviera los ojos blancos normales, sino ojos rojos. Eso era más que nada por conveniencia para que pudieran decir con un solo vistazo cuál era cuál.
So they took their two anti-malarial, red-eyed mosquitos and put them in a box with 30 ordinary white-eyed ones, and let them breed. In two generations, those had produced 3,800 grandchildren. That is not the surprising part. This is the surprising part: given that you started with just two red-eyed mosquitos and 30 white-eyed ones, you expect mostly white-eyed descendants. Instead, when James opened the box, all 3,800 mosquitos had red eyes.
Pusieron sus dos mosquitos de ojos rojos, antimalaria, en una caja con 30 mosquitos ordinarios de ojos blancos, y dejaron que se cruzaran. En dos generaciones, aquellos habían tenido 3800 nietos. Eso no es lo sorprendente. Esto es lo sorprendente: dado que se comenzó con solo dos mosquitos de ojos rojos y 30 de ojos blancos, esperaríamos la mayoría de descendientes de ojos blancos. En su lugar, cuando James abrió la caja, todos los 3800 mosquitos tenían ojos rojos.
When I asked Ethan Bier about this moment, he became so excited that he was literally shouting into the phone. That's because getting only red-eyed mosquitos violates a rule that is the absolute cornerstone of biology, Mendelian genetics. I'll keep this quick, but Mendelian genetics says when a male and a female mate, their baby inherits half of its DNA from each parent. So if our original mosquito was aa and our new mosquito is aB, where B is the anti-malarial gene, the babies should come out in four permutations: aa, aB, aa, Ba. Instead, with the new gene drive, they all came out aB. Biologically, that shouldn't even be possible.
Cuando le pregunté a Ethan Bier acerca de esto, se emocionó tanto que literalmente gritaba en el teléfono. Porque tener solo mosquitos de ojos rojos rompe la regla que es la piedra angular absoluta de la biología, la genética Mendeliana. Explicaré brevemente, esta nos dice que cuando un macho y una hembra se cruzan, su bebé hereda la mitad del ADN de cada uno. Si nuestro mosquito original era aa y nuestro mosquito nuevo es aB, donde B es el gen antimalaria, los bebés deberían salir en cuatro combinaciones: aa, aB, aa, Ba. En lugar, con la nueva deriva genética, todos salieron aB. Biológicamente, no debería ser posible.
So what happened? The first thing that happened was the arrival of a gene-editing tool known as CRISPR in 2012. Many of you have probably heard about CRISPR, so I'll just say briefly that CRISPR is a tool that allows researchers to edit genes very precisely, easily and quickly. It does this by harnessing a mechanism that already existed in bacteria. Basically, there's a protein that acts like a scissors and cuts the DNA, and there's an RNA molecule that directs the scissors to any point on the genome you want. The result is basically a word processor for genes. You can take an entire gene out, put one in, or even edit just a single letter within a gene. And you can do it in nearly any species.
Entonces, ¿qué pasó? Lo primero que pasó fue la llegada de la técnica de edición de genes conocida como CRISPR en 2012. Quizá habrán escuchado ya hablar de CRISPR, les diré brevemente que es un sistema que permite a los investigadores editar genes de manera precisa, fácil y rápidamente. Esto lo hace aprovechando un mecanismo que ya existe en la bacteria. Básicamente, hay una proteína que actúa como una tijera, cortando el ADN, y hay una molécula ARN que dirige la tijera a cualquier punto del genoma. El resultado es básicamente un procesador de palabras para genes. Puedes sacar un gen completo, meter uno, o hasta editar una sola letra dentro de un gen. Se puede hacer en casi todas las especies.
OK, remember how I said that gene drives originally had two problems? The first was that it was hard to engineer a mosquito to be malaria-resistant. That's basically gone now, thanks to CRISPR. But the other problem was logistical. How do you get your trait to spread? This is where it gets clever.
¿Recuerdan que dije que la deriva genética tenía originalmente 2 problemas? El primero era que era difícil modificar un mosquito que fuera resistente a la malaria. Eso ya se resolvió gracias a CRISPR. Pero el otro problema era logístico. ¿Cómo hacer para que el rasgo se propague? Aquí es donde se vuelve ingenioso.
A couple years ago, a biologist at Harvard named Kevin Esvelt wondered what would happen if you made it so that CRISPR inserted not only your new gene but also the machinery that does the cutting and pasting. In other words, what if CRISPR also copied and pasted itself. You'd end up with a perpetual motion machine for gene editing. And that's exactly what happened. This CRISPR gene drive that Esvelt created not only guarantees that a trait will get passed on, but if it's used in the germline cells, it will automatically copy and paste your new gene into both chromosomes of every single individual. It's like a global search and replace, or in science terms, it makes a heterozygous trait homozygous.
Hace un par de años, un biólogo de Harvard llamado Kevin Esvelt se preguntaba qué pasaría si CRISPR insertara no solo tu nuevo gen, pero también la maquinaria que hace el corte y el pegado. En otras palabras, ¿y si el mismo CRISPR se copiara y pegara a sí mismo? Se logra una máquina de movimiento perpetuo para editar genes. Y eso fue exactamente lo que pasó. La deriva genética CRISPR que Esvelt creó no solo garantiza que un rasgo sea transferido, sino que si se usa en las células de línea germinal, automáticamente copiará y pegará su nuevo gen dentro de ambos cromosomas de cada individuo. Es como una búsqueda y reemplazo global, o en términos científicos, convierte un rasgo heterocigota en homocigota.
So, what does this mean? For one thing, it means we have a very powerful, but also somewhat alarming new tool. Up until now, the fact that gene drives didn't work very well was actually kind of a relief. Normally when we mess around with an organism's genes, we make that thing less evolutionarily fit. So biologists can make all the mutant fruit flies they want without worrying about it. If some escape, natural selection just takes care of them.
¿Qué significa esto? Por una parte, significa que tenemos una herramienta nueva, muy poderosa y algo alarmante. Hasta ahora, el hecho que la deriva genética no funcionó muy bien fue en realidad un alivio. Normalmente cuando intervenimos con los genes de un organismo, lo hacemos menos preparado para evolucionar. Los biólogos pueden hacer las moscas de fruta mutantes que deseen sin problema. Si algunas escapan, la selección natural se encarga de ellas.
What's remarkable and powerful and frightening about gene drives is that that will no longer be true. Assuming that your trait does not have a big evolutionary handicap, like a mosquito that can't fly, the CRISPR-based gene drive will spread the change relentlessly until it is in every single individual in the population. Now, it isn't easy to make a gene drive that works that well, but James and Esvelt think that we can.
Lo que es notable y poderoso y aterrador acerca de la deriva genética es que eso ya no será verdad. Si asumimos que el rasgo no tiene una gran desventaja evolutiva, como un mosquito que no puede volar, la deriva genética basada en el CRISPR difundirá el cambio incansablemente hasta que está en cada individuo de la población. No es fácil hacer una deriva genética que funcione bien, pero James y Esvelt creen que sí podemos.
The good news is that this opens the door to some remarkable things. If you put an anti-malarial gene drive in just 1 percent of Anopheles mosquitoes, the species that transmits malaria, researchers estimate that it would spread to the entire population in a year. So in a year, you could virtually eliminate malaria. In practice, we're still a few years out from being able to do that, but still, a 1,000 children a day die of malaria. In a year, that number could be almost zero. The same goes for dengue fever, chikungunya, yellow fever.
La buena noticia es que esto abre la puerta a cosas extraordinarias. Si pones una deriva genética anti-malaria en solo el 1% de mosquitos Anopheles, la especie que transmite la malaria, los científicos estiman que se extendería a toda la población en un año. En un año, se podría virtualmente eliminar la malaria. En práctica, estamos todavía a algunos años de poder hacerlo, pero aún así, 1000 niños mueren por malaria al día. En un año, ese número podría ser casi cero. Lo mismo se puede decir del dengue, el chikungunya, la fiebre amarilla.
And it gets better. Say you want to get rid of an invasive species, like get Asian carp out of the Great Lakes. All you have to do is release a gene drive that makes the fish produce only male offspring. In a few generations, there'll be no females left, no more carp. In theory, this means we could restore hundreds of native species that have been pushed to the brink.
Y se pone mejor. Digamos que queremos deshacernos de una especie invasora, como sacar la carpa asiática de los Grandes Lagos. Sólo hay que liberar una deriva genética que hace que el pez produzca solo crías macho. En pocas generaciones, no va a haber más hembras, no más carpa. Esto significa que podríamos recuperar cientos de especies nativas que han sido llevadas al límite.
OK, that's the good news, this is the bad news. Gene drives are so effective that even an accidental release could change an entire species, and often very quickly. Anthony James took good precautions. He bred his mosquitos in a bio-containment lab and he also used a species that's not native to the US so that even if some did escape, they'd just die off, there'd be nothing for them to mate with. But it's also true that if a dozen Asian carp with the all-male gene drive accidentally got carried from the Great Lakes back to Asia, they could potentially wipe out the native Asian carp population. And that's not so unlikely, given how connected our world is. In fact, it's why we have an invasive species problem. And that's fish. Things like mosquitos and fruit flies, there's literally no way to contain them. They cross borders and oceans all the time.
Esa es la buena noticia, esta es la mala noticia. La deriva genética es tan efectiva que hasta una liberación accidental podría cambiar una especie completa, y a veces muy rápidamente. Anthony James tomó buenas precauciones. Crió sus mosquitos en un laboratorio biocontenedor y utilizó una especie no nativa de EE.UU. para que aún si se escapaban, simplemente morirían, no habría otras para cruzarse. Pero también es cierto que si una docena de carpas asiáticas con la deriva genética macho se regresara accidentalmente de los Grandes Lagos a Asia, podrían eliminar potencialmente la población de carpa asiática nativa. Y eso es probable, dado lo conectado que está nuestro mundo. De hecho, es por lo que tenemos un problema de especies invasoras. Y eso es pescado. A los mosquitos y moscas de fruta, no existe, literalmente, forma de contenerlos. Cruzan fronteras y océanos todo el tiempo.
OK, the other piece of bad news is that a gene drive might not stay confined to what we call the target species. That's because of gene flow, which is a fancy way of saying that neighboring species sometimes interbreed. If that happens, it's possible a gene drive could cross over, like Asian carp could infect some other kind of carp. That's not so bad if your drive just promotes a trait, like eye color. In fact, there's a decent chance that we'll see a wave of very weird fruit flies in the near future. But it could be a disaster if your drive is deigned to eliminate the species entirely.
Ok, la otra mala noticia es que la deriva genética podría no estar limitada a lo que llamamos especie meta Esto es debido a la fluidez del gen, que es una manera de decir que las especies vecinas a veces se cruzan entre sí. Si eso pasa, es posible que una deriva genética pueda cruzar, como la carpa asiática podría infectar otro tipo de carpa. Eso no es tan malo si la sólo promueve un rasgo, como el color de ojos. De hecho, existe la posibilidad que veamos una ola de moscas de la fruta muy raras en un futuro cercano. Pero podría ser un desastre si la deriva está hecha para eliminar la especie completamente.
The last worrisome thing is that the technology to do this, to genetically engineer an organism and include a gene drive, is something that basically any lab in the world can do. An undergraduate can do it. A talented high schooler with some equipment can do it.
La última preocupación es que la tecnología para hacer esto, el crear genéticamente un organismo e incluir una deriva genética, es algo que básicamente cualquier laboratorio en el mundo puede hacer. Un estudiante lo puede hacer. Un estudiante de secundaria con talento y algo de equipo puede hacerlo.
Now, I'm guessing that this sounds terrifying.
Ahora, creo que esto suena terrorífico.
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Interestingly though, nearly every scientist I talk to seemed to think that gene drives were not actually that frightening or dangerous. Partly because they believe that scientists will be very cautious and responsible about using them.
Lo que es interesante, es que casi cada científico con que hablo pareciera pensar que las derivas genética no son tan espeluznantes o peligrosas. En parte porque creen que los científicos van a ser muy cautelosos y responsables al usarlas.
(Laughter)
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So far, that's been true. But gene drives also have some actual limitations. So for one thing, they work only in sexually reproducing species. So thank goodness, they can't be used to engineer viruses or bacteria. Also, the trait spreads only with each successive generation. So changing or eliminating a population is practical only if that species has a fast reproductive cycle, like insects or maybe small vertebrates like mice or fish. In elephants or people, it would take centuries for a trait to spread widely enough to matter.
Hasta ahora, esto ha sido cierto. Pero las derivas genéticas también tienen algunas limitaciones. Por una parte, trabajan solo en especies que se reproducen sexualmente. Gracias a Dios, no puede usarse para crear virus o bacteria. También, la tendencia se esparce solo con cada generación sucesiva. Cambiar o eliminar una población es práctico solo si esa especia tiene un ciclo reproductivo rápido, como los insectos o quizá vertebrados pequeños como ratones o peces. En los elefantes o en la gente, tomaría siglos para difundir extensamente una rasgo lo suficiente para que importe.
Also, even with CRISPR, it's not that easy to engineer a truly devastating trait. Say you wanted to make a fruit fly that feeds on ordinary fruit instead of rotting fruit, with the aim of sabotaging American agriculture. First, you'd have to figure out which genes control what the fly wants to eat, which is already a very long and complicated project. Then you'd have to alter those genes to change the fly's behavior to whatever you'd want it to be, which is an even longer and more complicated project. And it might not even work, because the genes that control behavior are complex. So if you're a terrorist and have to choose between starting a grueling basic research program that will require years of meticulous lab work and still might not pan out, or just blowing stuff up? You'll probably choose the later.
También, aún con CRISPR, no es tan fácil crear un rasgo verdaderamente devastador. Digamos que queremos hacer una mosca de fruta que come de fruta ordinaria y no fruta podrida, con el objetivo de sabotear la agricultura americana. Primero, tendríamos que descubrir qué genes controlan lo que las moscas quieren comer, lo cual ya es un proyecto muy largo y complicado. Después, tendríamos que alterar los genes para cambiar la conducta de la mosca como la queremos, lo cual es un proyecto aún más largo y complicado. Y quizá no funcione, porque los genes que controlan la conducta son complicados. Si eres un terrorista y tienes que elegir entre un programa riguroso de investigación básico que requiere años de trabajo meticuloso y quizá no va a resultar, o simplemente hacer estallar algo. Probablemente, elegirían lo último.
This is especially true because at least in theory, it should be pretty easy to build what's called a reversal drive. That's one that basically overwrites the change made by the first gene drive. So if you don't like the effects of a change, you can just release a second drive that will cancel it out, at least in theory.
Esto es particularmente cierto porque, al menos en teoría, debe de ser fácil construir lo que llamamos deriva de cambio. Esta, básicamente sobreescribe el cambio hecho por la primera deriva genética. Si no te gustan los efectos de un cambio, se puede liberar una segunda deriva que la cancela, al menos en teoría.
OK, so where does this leave us? We now have the ability to change entire species at will. Should we? Are we gods now? I'm not sure I'd say that. But I would say this: first, some very smart people are even now debating how to regulate gene drives. At the same time, some other very smart people are working hard to create safeguards, like gene drives that self-regulate or peter out after a few generations. That's great. But this technology still requires a conversation. And given the nature of gene drives, that conversation has to be global. What if Kenya wants to use a drive but Tanzania doesn't? Who decides whether to release a gene drive that can fly?
¿A qué nos lleva esto? Tenemos ahora la facultad de cambiar especies completas a voluntad. ¿Deberíamos hacerlo? ¿Somos dioses? No lo diría a ciencia cierta. Pero si diría esto: Para empezar, personas muy inteligentes están ahora debatiendo cómo regular las derivas genéticas. Al mismo tiempo, otras personas muy inteligentes están trabajando fuerte para crear salvaguardas, como derivas genéticas que se autoregulan o se apagan después de generaciones. Es genial. Pero esta tecnología todavía requiere una conversación. Y dada la naturaleza de la deriva genética, la conversación debe ser global. ¿Qué pasa si Kenia quiere usar una deriva pero Tanzania no? ¿Quién decide si liberar una deriva genética que puede volar?
I don't have the answer to that question. All we can do going forward, I think, is talk honestly about the risks and benefits and take responsibility for our choices. By that I mean, not just the choice to use a gene drive, but also the choice not to use one. Humans have a tendency to assume that the safest option is to preserve the status quo. But that's not always the case. Gene drives have risks, and those need to be discussed, but malaria exists now and kills 1,000 people a day. To combat it, we spray pesticides that do grave damage to other species, including amphibians and birds.
No tengo la respuesta a esa pregunta. Lo que podemos hacer más adelante, creo, es hablar honestamente acerca de los riesgos y beneficios y tomar responsabilidad por nuestras decisiones. Lo que quiero decir, no solo la decisión de usar una deriva genética, pero también la decisión de no usarla. Los humanos tienen la tendencia a asumir que la opción más segura es preservar el estatus quo. Pero no siempre es el caso. La deriva genética tiene riesgos, y deben de discutirse, pero la malaria existe ahora y mata 1000 personas al día. Para combatirla, rociamos insecticidas que causan daños graves a otras especies, incluyendo anfibios y aves.
So when you hear about gene drives in the coming months, and trust me, you will be hearing about them, remember that. It can be frightening to act, but sometimes, not acting is worse.
Cuando escuchen sobre la deriva genética en los próximos meses, y créanme, van a escucharlo, recuerden esto. El actuar, puede ser aterrador, pero a veces, no actuar es peor.
(Applause)
(Aplausos)