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 palestra é sobre "gene drives", mas vou começar com uma breve história. Vinte anos atrás, um biólogo chamado Anthony James ficou obcecado pela ideia de criar mosquitos que não transmitissem a malária.
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.
A ideia era sensacional, mas revelou-se um completo fracasso. Para começar, provou-se extremamente difícil criar um mosquito resistente à malária. Mas, finalmente, há alguns anos, James realizou a proeza, ao implantar alguns genes que tornam impossível ao parasita da malária sobreviver dentro do 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.
Mas isso acabou criando outro problema. Após criar um mosquito resistente à malária, como substituir todos os mosquitos transmissores da malária? Havia algumas opções, mas o plano A era basicamente criar um monte de mosquitos geneticamente modificados, soltá-los na natureza e esperar que transmitissem seus genes. O problema é que teríamos de soltar dez vezes o número de mosquitos nativos existentes para isso funcionar. Assim, numa cidade com 10 mil mosquitos, teríamos de soltar 100 mil a mais. Como podem imaginar, essa estratégia não foi muito bem recebida pelos habitantes.
(Laughter)
(Risos)
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.
Entretanto, em janeiro passado, Anthony James recebeu um e-mail de um biólogo chamado Ethan Bier. Bier disse que ele e seu aluno Valentino Gantz, da pós-graduação, depararam com uma ferramenta que poderia garantir que um traço genético específico pudesse não só ser herdado, mas também espalhado com incrível rapidez. Se estivessem certos, praticamente isso resolveria o problema em que James e ele trabalhavam há 20 anos.
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 teste, criaram dois mosquitos para portar o gene antimalária, bem como a nova ferramenta: "gene drive", sobre a qual vou falar daqui a pouco. E fizeram de tal forma que os mosquitos que herdassem o gene antimalária tivessem olhos vermelhos em vez dos usuais olhos brancos. Fizeram assim por conveniência, de modo que, só de olhar, conseguiriam diferenciá-los.
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.
Colocaram esses 2 mosquitos antimalária, de olhos vermelhos, numa caixa com 30 mosquitos comuns, de olhos brancos, para que se cruzassem. Em duas gerações, os mosquitos tinham produzido 3,8 mil netos. Mas essa não foi a parte surpreendente. Eis a parte surpreendente: como começaram com apenas 2 mosquitos de olhos vermelhos e 30 de olhos brancos, esperava-se uma maioria de descendentes de olhos brancos. Em vez disso, quando James abriu a caixa, todos os 3,8 mil mosquitos tinham olhos vermelhos.
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.
Quando perguntei a Ethan Bier sobre aquele momento, ele ficou tão empolgado que começou a gritar ao telefone. O motivo é que conseguir apenas mosquitos de olhos vermelhos viola uma regra que é a base da biologia, a genética mendeliana. Em poucas palavras, o mendelismo diz que, quando um macho e uma fêmea se cruzam, a cria herda metade do DNA de cada um. Assim, se o mosquito original era aa, e o novo mosquito é aB, em que B é um gene antimalária, as crias deveriam vir em quatro permutações: aa, aB, aa, Ba. Em vez disso, com o novo "gene drive", elas todas vieram aB. Biologicamente, isso nem deveria ser possível.
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.
Então, o que aconteceu? A primeira coisa foi a descoberta, em 2012, de uma ferramenta para a edição de genes, conhecida como CRISPR. Provavelmente, muitos já ouviram falar do CRISPR, uma ferramenta que permite aos pesquisadores editar genes de forma bem precisa, fácil e rápida. Ela faz isso aproveitando um mecanismo já existente na bactéria. Resumidamente, há uma proteína que age como uma tesoura e corta o DNA, e há uma molécula de RNA que guia a tesoura para qualquer ponto que se queira do genoma. O resultado basicamente é um processador de palavras para genes. Podemos retirar um gene inteiro, colocar outro no lugar, ou até editar uma única letra dentro de um gene. E podemos fazer isso com quase todas as espécies.
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.
Lembram que eu disse que os "gene drives" tinham dois problemas? O primeiro é que era difícil criar um mosquito resistente à malária. Isso está praticamente resolvido, graças ao CRISPR. Mas o outro problema era de logística: como disseminar um determinado traço? É aqui que a coisa fica interessante.
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.
Há alguns anos, Kevin Esvelt, um biólogo de Harvard, começou a imaginar o que aconteceria se CRISPR inserisse não só um novo gene, mas também o mecanismo de "cortar e colar". Em outras palavras: e se CRISPR também copiasse e colasse a si próprio? Teríamos, então, o moto-perpétuo para a edição de genes. E foi exatamente o que aconteceu. Esse "gene drive" CRISPR criado por Esvelt garante não apenas que um traço seja transmitido, mas que, se usado nas células germinativas, vá automaticamente "copiar e colar" o novo gene em ambos os cromossomos de cada um dos indivíduos. É como "localizar e substituir" tudo, ou, em termos científicos, transformar um traço heterozigótico em homozigótico.
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.
Mas o que significa tudo isso? Primeiramente, que temos uma ferramenta muito poderosa, mas também, de certo modo, alarmante. Até agora, o fato de o "gene drive" não ter funcionado muito bem na verdade foi um alívio. Normalmente, ao alterar os genes de um organismo, nós o tornamos menos apto a evoluir. Portanto, os biólogos podem criar as moscas-da-fruta que quiserem sem se preocupar. Se alguma escapar, a seleção natural vai se encarregar dela.
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.
O que é impressionante, poderoso e assustador sobre os "gene drives" é que isso não se aplica mais a eles. Assumindo que o traço não tenha uma grande deficiência evolutiva, como um mosquito que não consiga voar, o "gene drive" baseado no CRISPR vai espalhar a mudança incessantemente até que ela esteja em todos os indivíduos da população. Bem, não é fácil fazer o "gene drive" funcionar assim tão bem, mas James e Esvelt acham que é possível.
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.
A boa notícia é que isso abre a porta para algumas coisas notáveis. Se colocarmos um "gene drive" antimalária em apenas 1% dos mosquitos "Anopheles", a espécie que transmite a malária, os pesquisadores calculam que ele vá se propagar por toda a população dentro de um ano. Assim, em um ano, poderíamos virtualmente eliminar a malária. Na prática, ainda vamos levar alguns anos para fazer isso, lembrando que morrem mil crianças por dia de malária. Em um ano, poderíamos zerar esse número. O mesmo se aplica à dengue, Chikungunya e à febre amarela.
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.
E tem mais. Digamos que queiramos nos livrar de espécies invasivas, como tirar a carpa asiática dos Grandes Lagos. Para isso, basta liberar um "gene drive" que faça as carpas produzirem apenas machos. Em poucas gerações, não haveria fêmeas. Seria o fim dessas carpas. Em tese, significa poder recuperar centenas de espécies nativas em risco.
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.
Bem, essas foram as boas novas, mas aqui vêm as más. Os "Gene drives" são tão efetivos que até uma liberação acidental poderia alterar uma espécie inteira, e normalmente bem depressa. Anthony James tomou boas precauções. Ele criou mosquitos em laboratórios de biocontenção e também usou uma espécie não nativa dos EUA, de modo que, mesmo se alguns escapassem, simplesmente morreriam, pois não haveria com quem cruzar. Mas também é verdade que, se uma dúzia de carpas asiáticas transgênicas macho acidentalmente fossem levadas dos Grandes Lagos de volta para a Ásia, elas teriam o potencial de acabar com a população nativa de carpas asiáticas. O que não é tão improvável nesse nosso mundo tão conectado. E essa é a razão de termos problemas com espécies invasivas. E estamos falando de peixes. Quanto a mosquitos e moscas-da-fruta, literalmente não há como contê-los. Eles atravessam fronteiras e oceanos o tempo todo.
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.
Bem, a outra má notícia é que o "gene drive" talvez não se restrinja ao que chamamos espécies-alvo. Isso ocorre devido ao fluxo gênico, que é um jeito bonito de falar que espécies próximas às vezes acasalam entre si. Se isso acontecer, será possível a transmissão de um "gene drive", possibilitando àquela carpa infectar outros tipos de carpa. Seria bom se o "drive" promovesse só um traço, como a cor dos olhos. De fato, há uma boa chance de vermos uma onda de moscas-da-fruta esquisitas num futuro próximo. Mas poderá ser um desastre se seu "drive" for concebido para eliminar a espécie 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.
Uma outra grande preocupação é que a tecnologia para fazer isso, criar geneticamente um organismo e implantar um "gene drive", é algo que praticamente qualquer laboratório no mundo pode fazer. Um estudante de graduação consegue fazê-lo. Um aluno de colégio talentoso com algum equipamento consegue fazê-lo.
Now, I'm guessing that this sounds terrifying.
Posso imaginar como isso soa assustador.
(Laughter)
(Risos)
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.
Curiosamente, a maioria dos cientistas com quem conversei parece achar que edições genéticas não são assim tão assustadoras ou perigosas. Em parte, por acreditarem que os cientistas vão ser bem cautelosos e responsáveis ao usá-las.
(Laughter)
(Risos)
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.
Até agora tem sido assim. Mas os "gene drives" também têm suas limitações. Primeiro, eles funcionam apenas em espécies que se reproduzem sexualmente. Ainda bem, pois eles não podem ser usados para criar vírus ou bactérias. Além disso, o traço se espalha apenas através das sucessivas gerações. Assim, mudar ou eliminar uma população é prático apenas se aquela espécie tiver um ciclo reprodutivo rápido, como insetos ou talvez pequenos vertebrados, como camundongo ou peixe. Em elefantes ou pessoas, levaria séculos para um traço se espalhar o suficiente para fazer diferença.
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.
Ademais, mesmo com CRISPR, não é fácil criar um traço realmente devastador. Digamos que se queira criar uma mosca-da-fruta que se alimente da fruta sadia, em vez da podre, com o objetivo de sabotar a agricultura norte-americana. Primeiro, teríamos de descobrir que genes controlam o que a mosca quer comer, o que já é um projeto muito longo e complicado. Depois, teríamos de alterar esses genes para mudar o comportamento da mosca seja lá para o que se quisesse, que é um projeto até mais longo e complicado. E pode ser que nem funcione, pois os genes que controlam o comportamento são complexos. Aí, se um terrorista tiver de escolher entre um longo programa de pesquisa que exija anos de trabalho em laboratório, e ainda assim não funcionar, ou simplesmente explodir coisas, provavelmente vai escolher o segundo.
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.
Isso é verdade, pois, pelo menos em tese, deve ser bem fácil construir o chamado "drive" reverso, feito para se sobrepor à mudança realizada pelo primeiro "gene drive". Assim, se não gostarmos dos efeitos de uma mudança, basta implantar um segundo "drive" para cancelar o primeiro, pelo menos teoricamente.
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?
Então, em que pé estamos? Atualmente temos a capacidade de mudar espécies inteiras à vontade. Deveríamos? Agora viramos deuses? Eu não diria isso. Mas diria o seguinte: primeiro, algumas pessoas muito inteligentes estão neste instante debatendo como regular os "gene drives". Ao mesmo tempo, outras pessoas muito inteligentes estão dando duro para criar salvaguardas, como "gene drives" autorregulados ou que se extingam após algumas gerações. Isso é ótimo. Mas essa tecnologia ainda requer um debate. E, dada a natureza dos "gene drives", esse debate tem de ser mundial. E se o Quênia quiser usar um "drive", mas a Tanzânia não? Quem decide se devemos liberar um "gene drive" que possa voar?
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.
Não tenho resposta para isso. Penso que o que devemos fazer ao avançar é falar abertamente sobre os riscos e benefícios e assumir a responsabilidade pelas nossas escolhas. Não me refiro apenas à escolha de usar um "gene drive", mas também a escolha de não usar um. Os humanos têm a tendência de presumir que a opção mais segura seja preservar o status quo. Mas nem sempre esse é o caso. Os "gene drives" apresentam riscos, e eles têm de ser discutidos, mas a malária está aí e mata mil pessoas por dia. Para combatê-la, espalhamos pesticidas que causam graves danos a outras espécies, inclusive aos anfíbios e pássaros.
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.
Assim, quando ouvirem sobre os "gene drives" nos próximos meses, e, acreditem, vocês vão ouvir falar deles, lembrem-se disto: agir pode ser assustador, mas, às vezes, deixar de agir pode ser pior.
(Applause)
(Aplausos)