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.
Nous allons parler des systèmes d'entraînement de gènes, mais je vais commencer avec une petite histoire. Il y a 20 ans, un biologiste du nom d'Anthony James s'est focalisé sur l'idée de créer des moustiques qui ne transmettraient pas le paludisme.
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.
C'était une bonne idée, mais un échec quasi complet. D'une part, il s'est révélé très difficile d'obtenir des moustiques résistants au paludisme. James a finalement réussi, il y a juste quelques années, en ajoutant des gènes qui rendent impossible pour le parasite du paludisme de survivre dans le moustique.
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.
Mais cela a créé un autre problème. Maintenant que nous avons des moustiques résistants, comment faire pour qu'ils remplacent les moustiques porteurs ? Plusieurs options : le plan A consistait en concevoir un tas de moustiques modifiés génétiquement, les relâcher dans la nature et espérer qu'ils transmettent leurs gènes. Le problème était, pour que ça marche, qu'il fallait relâcher 10 fois plus de moustiques que ceux déjà présents. Donc dans un village avec 10 000 moustiques, il fallait en relâcher 100 000. Vous vous en doutez, l'idée n'était pas très populaire chez les villageois.
(Laughter)
(Rires)
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.
Puis, en janvier dernier, Anthony James a reçu un courriel d'un biologiste appelé Ethan Bier. Il disait qu'avec son étudiant, Valentino Gantz, ils étaient tombés sur un outil qui non seulement garantissait le caractère héréditaire du gène voulu, mais qu'il se répandrait extrêmement vite. S'ils étaient dans le vrai, cela réglerait le problème sur lequel lui et James travaillaient depuis 20 ans.
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.
Pour tester, ils ont conçu deux moustiques portant le gène anti-paludisme et aussi ce nouvel outil, un gène conducteur, que j'expliquerai après. Et ils se sont arrangés pour que tout moustique porteur du gène anti-paludisme aurait les yeux rouges, à la place des yeux blancs normaux. C'était surtout par souci de facilité pour pouvoir les différencier à vue.
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.
Ils ont pris les moustiques anti-paludisme aux yeux rouges et les ont mis dans une boîte avec 30 moustiques normaux, et laissé se reproduire. En deux générations, ils ont eu 3 800 petits-enfants. Ce n'est pas la partie surprenante. Voici ce qui surprend : sachant que vous avez commencé avec deux moustiques aux yeux rouges et 30 aux yeux blancs, on s'attendrait à une descendance surtout à yeux blancs. Au contraire, lorsque James a ouvert la boîte, tous les moustiques avaient les yeux rouges.
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.
Lorsque j'ai questionné Bier sur ce moment, il était si excité qu'il criait littéralement au téléphone. C'est parce qu'obtenir uniquement des yeux rouges bafoue une loi essentielle de la biologie, la génétique Mendélienne. Pour faire court, la génétique Mendélienne dit que les enfants issus d'un accouplement reçoivent 50% de leur ADN de chaque parent. Donc si le moustique d'origine est aa, et le nouveau est aB, avec B le gène anti-paludisme, les enfants peuvent avoir quatre permutations : aa, aB, aa, Ba. Cependant, avec le nouveau gène, ils sont tous aB. Biologiquement, cela ne devrait pas être possible.
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.
Mais que s'est-il donc passé ? D'abord, l'apparition en 2012 de l'outil de manipulation génomique appelé CRISPR. Vous avez certainement entendu parler de CRISPR, donc je vais juste dire que CRISPR est un outil qui permet aux chercheurs de modifier les gènes de manière précise, facile et rapide. Il utilise un mécanisme déjà présent dans les bactéries. En résumé, il y a une protéine qui agit comme des ciseaux et coupe la séquence ADN, et une molécule d'ARN qui dirige les ciseaux où vous voulez sur le génome. Cela donne en résumé un traitement de texte pour gènes. Vous pouvez enlevez tout un gène, en mettre un, ou même juste une seule lettre d'un gène. Et vous pouvez faire ça sur n'importe quelle espèce.
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.
Donc, souvenons-nous des deux problèmes liés aux systèmes d'entraînement de gènes. Le premier était la difficulté de créer un moustique résistant au paludisme. Ce point est réglé, grâce à CRISPR. Mais l'autre problème est logistique. Comment propager cette caractéristique ? C'est là que ça devient subtil.
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.
Il y a quelques années, Kevin Esvelt, un biologiste d'Harvard, s'est demandé ce qui se passerait si nous faisions en sorte que CRISPR non seulement ajoute un gène, mais aussi le système qui permet de faire le copier-coller. En d'autres termes, et si CRISPR se reproduisait lui-même ? Nous obtenons alors une machine à mouvement perpétuel de modification de gènes. Et c'est ce qui s'est passé. Le système d'entraînement CRISPR créé par Esvelt non seulement garantissait le caractère héréditaire d'un gène, mais s'il est introduit dans les cellules germinales, il copiera automatiquement le nouveau gène dans les deux chromosomes de chaque individu. C'est comme un chercher-remplacer global, ou, en termes scientifiques, il rend un trait hétérozygote homozygote.
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.
Qu'est-ce que ça signifie ? Cela signifie que nous avons un outil très puissant, mais aussi très dangereux. Jusqu'ici, le demi-succès des systèmes d'entraînement de gènes était presque un soulagement. Normalement, lorsqu'on joue avec les gènes d'un organisme, nous le rendons moins apte à survivre. On peut donc faire autant de mouches à fruit qu'on veut sans inquiétude. Si certaines s'échappent, la sélection naturelle prend le relais.
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.
Ce qui est puissant et inquiétant avec ces systèmes, c'est que cela ne sera plus le cas. En considérant que la caractéristique n'est pas un handicap à la survie, comme un moustique qui ne vole pas, le système basé sur CRISPR propagera la modification sans limite jusqu'à être dans chaque individu de la population. Ce n'est pas évident de faire un système si performant, mais James et Esvelt pensent cela possible.
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 bonne nouvelle est que nous pouvons faire des choses remarquables. En insérant un système d’entrainement de gène anti-palu chez seulement 1% des moustiques anophèles, l'espèce vecteur du paludisme, tous les moustiques l'auraient en un an. En un an, il serait possible d'éliminer le paludisme. En réalité, il nous faudra encore quelques années pour y arriver, mais 1 000 enfants meurent chaque jour du paludisme. Dans un an, ce chiffre pourrait être proche de zéro. Il en va de même pour le dengue, le chikungunya, la fièvre jaune.
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.
Et il y a mieux. Pour se débarrasser d'une espèce invasive, comme la carpe d'Asie dans les Grands Lacs, il suffit de déployer un système d'entraînement de gènes faisant que les progénitures sont toutes des mâles. En quelques générations, plus de femelles, et plus de carpes. En théorie, nous pourrions rétablir des centaines d'espèces locales au bord de l'extinction.
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.
Ça, ce sont les bonnes nouvelles. Voilà les mauvaises. Les systèmes d'entraînement sont si efficaces qu'un déploiement accidentel mettrait très rapidement, en danger toute une espèce. Anthony James a usé de grandes précautions. Il a conçu ses moustiques dans un laboratoire confiné et a utilisé une espèce non-native des US pour qu'au cas où certains s'échappent, ils meurent sans se reproduire. Mais il est vrai que si une dizaine de carpes modifiées étaient accidentellement ramenées, depuis les Grands Lacs vers l'Asie, elles pourraient effacer la population locale de carpes d'Asie. Et dans un monde si connecté, ce n'est pas du tout impensable. C'est même l'origine des espèces invasives. Et on parle de poissons. Pour les moustiques et moucherons, il n'y a aucun moyen de les contenir. Ils traversent constamment frontières et océans.
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.
Mais l'autre mauvaise nouvelle est qu'un système d'entraînement de gènes pourrait ne pas se limiter à la cible. Ceci est dû au flux génomique, un moyen élégant de dire que parfois des espèces proches s'accouplent. Si cela arrivait, un gène conducteur pourrait être transmis, comme la carpe d'Asie contaminant une autre espèce de carpes. Ce n'est pas grave s'il s'agit de la couleur des yeux. À vrai dire, il est possible que nous voyons prochainement une vague de mouches à fruit très bizarres. Mais cela pourrait être un désastre si le gène conducteur vise à éliminer une espèce entière.
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.
L'autre inquiétude est que la technologie pour faire cela, pour modifier un organisme et ajouter un système d'entraînement de gène, est quelque chose que n'importe quel laboratoire peut faire. Une personne en licence peut le faire. Un lycéen avec du talent et un peu d'équipement peut le faire.
Now, I'm guessing that this sounds terrifying.
Là, ça sonne terrifiant.
(Laughter)
(Rires)
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.
Curieusement, presque tous les scientifiques avec qui je parle pensent que les systèmes d'entraînement ne sont ni inquiétants ni dangereux. En partie car ils pensent que les scientifiques seront prudents dans leur non-utilisation.
(Laughter)
(Rires)
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.
Jusqu'ici, c'est vrai. Mais les systèmes d'entraînement de gènes sont aussi limités. D'une part, ils ne marchent que pour les espèces à reproduction sexuée. Donc ils ne peuvent être utilisés pour fabriquer des virus ou bactéries. D'autre part, le trait ne se propage qu'à chaque génération. Donc modifier ou éliminer une population n'est envisageable que pour des espèces à cycle reproductif rapide, comme les insectes et peut-être les souris ou le poisson. Pour les éléphants ou les hommes, il faudrait des siècles pour qu'un trait soit suffisamment répandu pour avoir un impact.
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.
Puis, même avec CRISPR, ce n'est pas aisé de fabriquer un trait dévastateur. Si vous voulez une drosophile se nourrissant de fruits normaux au lieu de pourris, avec pour objectif de saboter l'agriculture américaine. Premièrement, il faut trouver quels gènes contrôlent le type de fruits que la drosophile mange, ce qui est déjà très long et fastidieux. Après, il faut altérer ces gènes pour modifier le comportement de la mouche pour qu'elle agisse comme voulu, ce qui est encore plus long et compliqué. Et cela pourrait ne pas marcher car les gènes contrôlant le comportement sont complexes. Un terroriste devant choisir entre un programme de recherche épuisant demandant des années de travail minutieux qui pourrait ne pas payer, et faire exploser des choses, choisira surement le second choix.
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.
C'est d'autant plus vrai car, en théorie du moins, ce serait très facile de créer un système d'entraînement inverse, qui n'aurait qu'à corriger les changements faits par le premier système. Donc si vous n'aimez pas le résultat, il suffit de répandre un gène qui le supprimera. Du moins en théorie.
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?
Donc, que faire maintenant ? Nous avons la possibilité de modifier à souhait toute une espèce. Devrions-nous ? Sommes-nous devenus des dieux ? Je ne dirais pas ça. Mais je peux dire cela : actuellement, des gens très intelligents débattent sur comment contrôler les systèmes d'entraînement de gènes. En même temps, d'autres gens très intelligents travaillent à créer des sécurités, comme des gènes conducteurs auto-régulés ou qui disparaissent après X générations. C'est bien. Mais cette technologie requiert une discussion. Et vu la nature des gènes conducteurs, la discussion doit être mondiale. Et si le Kenya veut utiliser un gène conducteur mais pas la Tanzanie ? Qui décide de répandre un gène conducteur pouvant voler ?
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.
Je n'ai pas la réponse à ça. Nous ne pouvons qu'avancer, pesez les pour et les contre de manière honnête et prendre nos responsabilités. Par cela, je ne parle pas juste du choix d'utiliser un gène conducteur, mais aussi le choix de ne pas en utiliser. Les hommes ont tendance à penser que la bonne solution est de préserver le statu quo. Mais ce n'est pas toujours le cas. Les systèmes d'entraînement de gènes comportent des risques à considérer, mais le paludisme existe et tue 1 000 personnes par jour. Pour se défendre, les pesticides utilisés nuisent gravement à d'autres espèces, y compris amphibiens et oiseaux.
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.
Donc quand vous entendrez parler de système d’entraînement de gènes, et croyez-moi, vous allez en entendre parler, rappelez-vous de ceci : agir peut faire peur, mais parfois, ne pas agir est pire.
(Applause)
(Applaudissements)