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.
Aceasta e o prezentare despre gene drive, dar voi începe prin a vă spune o mică povestire. Acum 20 de ani, un biolog pe nume Anthony James era obsedat de ideea de a crea țânțari care să nu transmită 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.
A fost o idee genială, dar în același timp un eșec total. Printre altele, s-a dovedit a fi foarte dificil să creezi un țânțar rezistent la malarie. James a reușit asta, într-un final, cu doar câțiva ani in urmă, adăugând câteva gene care făceau imposibilă supraviețuirea parazitului în interiorul țânțarului.
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.
Dar asta a creat o altă problemă. Acum că avem un ţânţar rezistent la boală, cum îl facem să înlocuiască toţi țânțarii purtători de malarie? Existau câteva soluții, ideea principală fiind de a prăsi un grup de țânțari modificați genetic, a-i elibera în natură, sperând că-și vor transmite genele. Problema era că trebuiau eliberați de zece ori mai mulți țânțari decât cei existenţi, ca să funcționeze. Adică într-un sat cu 10 000 de țânțari, trebuiau eliberați încă 100 000. Așa cum ați ghicit, asta nu a fost o metodă foarte apreciată de localnici.
(Laughter)
(Râsete)
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.
Apoi, în ianuarie, Anthony James a primit un e-mail de la un biolog pe nume Ethan Bier. Bier spunea că el și studentul lui, Valentino Gantz, au descoperit întâmplător o unealtă care nu doar garantează transmiterea unei gene, dar care o va și transmite foarte rapid. Dacă aveau dreptate, rezolvau problema la care el și James lucrau de 20 de ani.
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.
Ca test, au creat doi țânțari care să poarte gena anti-malarie, dar și această nouă unealtă, o genă drive, pe care am s-o explic imediat. În fine, au făcut ca ţânţarii ce moşteneau gena antimalarie să nu aibă ochii albi, normali, ci roșii. Au făcut asta doar pentru comoditate, ca să-i poată distinge foarte ușor.
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.
Așa că au luat doi țânțari anti-malarie cu ochi roșii și i-au pus într-o cutie cu 30 de țânțari obișnuiți, lăsându-i se înmulțească. În două generații, ei au produs 3 800 de strănepoți. Și nu asta e partea uimitoare. Cel mai uimitor a fost că, pornind cu doar doi țânțari cu ochi roșii și 30 cu ochi albi, erau de așteptat mai mulți urmași cu ochi albi. Totuși, când James a deschis cutia, toți cei 3800 de țânțari aveau ochi roșii.
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.
Când l-am întrebat de acest moment, Ethan Bier era aşa de emoţionat, încât striga în telefon. Obținând doar țânțari cu ochi roșii viola o regulă care e piatra de temelie a biologiei, genetica mendeliană. N-am s-o mai lungesc. Conform lui Mendel, dintr-un mascul şi o femelă rezultă un urmaș cu 1/2 ADN de la fiecare părinte. Așadar, dacă țânțarul originar era un aa, iar al nostru - un aB, unde B este gena anti-malarie, urmașii vor ieși în patru variante de permutare: aa, aB, aa, Ba. În schimb, cu noua genă drive, au ieșit cu toții aB. Biologic, n-ar trebui să fie posibil.
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.
Așadar -- ce se întâmplase? Primul lucru a fost apariția unui instrument de editare genetică pe nume CRISPR, în 2012. Mulți ați auzit probabil de CRISPR. Așa că am s-o definesc scurt ca pe unealta ce permite cercetătorilor să editeze gene foarte precis, ușor și rapid. Face asta printr-un mecanism care există deja la bacterii. Simplu spus, o proteină acționează precum o foarfecă și taie ADN-ul. Există și o moleculă ARN care direcționează foarfeca către orice punct al genomului. Rezultă în principiu un procesor de text pentru gene. Poți scoate o genă cu totul, poți adăuga alta, sau poți edita doar o literă dintr-o genă. Și poți face asta pentru orice specie.
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.
Vă mai amintiți cele două probleme pe care le aveau la origine genele drive? Prima: era greu de modificat un țânțar să fie rezistent la malarie. Problema a fost rezolvată, grație CRISPR. Cealaltă problemă era de logistică. Cum faci ca gena să se răspândească? Aici intervine ingeniozitatea.
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.
Cu doi ani în urmă, Kevin Esvelt, un biolog de la Harvard, s-a întrebat ce s-ar întâmpla dacă ar insera odată cu CRISPR nu numai gena noua, dar și mașinăria de tăiat și lipit? Cu alte cuvinte, dacă CRISPR s-ar copia și s-ar lipi pe sine? Ai ajunge la un perpetuum mobile pentru editarea de gene. Și exact asta s-a întâmplat. Driver-ul de genă CRISPR creat de Esvelt garantează nu numai transmiterea unui caracter, dar dacă este folosit în celulele germinale, va copia și lipi automat noua genă. în ambii cromozomi ai fiecărui individ. Este o operațiune de înlocuire la scară globală, adică transformă o trăsătură heterozigotă într-una homozigotă.
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.
Ce înseamnă asta? Că avem o unealtă nouă foarte puternică, dar şi una oarecum îngrijorătoare. Până acum, faptul că gena drive nu funcționa atât de bine era un fel de garanție. Când intervenim în genele unui organism, îl facem mai puțin pregătit pentru adaptare. Astfel, biologii puteau crea câte musculițe mutante doreau, fără să-și facă griji. Dacă unele dintre ele evadează, natura va avea grijă de ele.
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 este remarcabil, puternic și înfricoșător la genele drive este că asta nu se va mai întâmpla. Dacă trăsătura vizată nu are un defect evoluționar major, de exemplu țânțarul să nu poată zbura, gena drive va răspândi mutația în mod neabătut, până ce va ajunge la toţi indivizii din populaţie. Nu e ușor să faci o genă drive care să funcționeze aşa de bine. Dar James și Esvelt consideră că putem.
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.
Vestea bună este că astfel se deschid drumuri noi. Dacă implantezi gena drive anti-malarie în doar 1% dintre țânțarii Anopheles, specia care transmite boala, se estimează că ea se va extinde la întreaga populație într-un an. Așadar, malaria ar putea fi eradicată într-un an. În practică, ne aflăm la câțiva ani distanță de a fi capabili de asta, dar 1000 de copii încă mor de malarie zilnic. Într-un an, cifra s-ar putea reduce la zero. La fel pentru febra dengue, chikungunya, friguri galbene.
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.
Și tot așa. Să zicem că vrei să scapi de o specie invazivă, cum ar fi crapul asiatic din Marile Lacuri. Trebuie doar să eliberezi o genă drive care face ca puietul să fie doar de sex masculin. În câteva generații nu vor mai fi femele, nu vor mai fi crapi. Vom putea reface sute de specii native care au fost împinse la limită.
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.
Asta e vestea bună, iat-o și pe cea rea. Aceste gene sunt atât de eficiente încât o scăpare accidentală ar putea transforma o specie întreagă, și asta foarte rapid. Anthony James și-a luat măsuri de precauție. A prăsit țânțarii în condiții de siguranță și a folosit o specie care nu e nativă în SUA deci dacă unii chiar ar evada, aceștia ar dispărea, nu ar avea cu cine să se împerecheze Însă, dacă o duzină de crapi asiatici care impune gena masculină ar ajunge să fie transportați întâmplător din Marile Lacuri înapoi în Asia, aceștia ar putea duce la dispariția crapilor asiatici. Asta nu e atât de improbabil la cât de conectată e lumea. De fapt, de asta avem problema speciilor invazive. Și asta doar cu peștii. Vietățile precum țânțarii și musculițele nu pot fi reținute în niciun fel. Ele trec frontiere și oceane tot timpul.
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.
O altă veste proastă este că o genă drive nu poate fi restrânsă la ceea ce noi numim speciile vizate din cauza fluxului de gene, care presupune că speciile vecine uneori se încrucișează. În acest caz, e posibil ca o genă drive să fie transmisă, crapii asiatici infectând alt tip de crapi. Asta n-ar fi aşa de grav dacă ai impune o trăsătură precum culoarea ochilor. De fapt, sunt ceva şanse să vedem un val de musculițe ciudate în viitorul apropiat. Dar poate fi un dezastru dacă scopul genei este eliminarea unei întregi specii.
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.
Alt lucru îngrijorător e că tehnologia pentru a face asta, modificarea genetică a unui organism și includerea unei gene drive, e ceva ce orice laborator din lume poate face. Un student o poate face. Un liceean talentat cu echipamentul potrivit o poate face.
Now, I'm guessing that this sounds terrifying.
Acum presupun că sună înfricoșător.
(Laughter)
(Râsete)
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.
E interesant că aproape orice cercetător cu care am vorbit pare să creadă că genele drive nu sunt atât de înfricoșătare sau periculoase. Parțial fiindcă ei cred că cercetătorii vor fi foarte atenți și responsabili la folosirea lor.
(Laughter)
(Râsete)
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.
Până acum, așa a fost. Dar genele drive au câteva limitări. Ele funcționează doar în cazul speciilor care se reproduc sexual. Deci, din fericire, nu pot fi creați viruși sau bacterii cu ele. De asemenea, trăsăturile se răspândesc doar în generații succesive. Schimbarea sau eliminarea unei populații e practică doar dacă acea specie are un ciclu reproducător rapid precum insecte sau vertebrate mici ca șoareci sau pești. La elefanți sau oameni, ar dura secole ca o trăsătură să se răspândească îndeajuns.
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.
Chiar cu CRISPR, nu e chiar așa de ușor să creezi o trăsătură devastatoare. Să zicem că cineva vrea o musculiță care consumă fructe normale, nu fructe descompuse, cu scopul de a sabota agricultura americană. Întâi, trebuie să-și dea seama ce gene controlează ce vor musculițele să mănânce, care e deja un proces foarte lung și complicat. Apoi să modifice acele gene ca să schimbe comportamentul musculiței în comportamentul dorit, care e un proces și mai lung și complicat. Și tot poate să nu meargă fiindcă genele ce induc comportamente sunt complexe. Deci dacă un terorist trebuie să aleagă între a începe un program de cercetare istovitor, cu ani de lucru meticulos de laborator, care ar putea să nu dea roade sau să arunce ceva în aer, probabil ar alege ultima opțiune.
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.
Asta e adevarat pentru că, macăr teoretic, ar trebui să fie destul de ușor să creezi un drive invers, care suprascrie modificarea făcută de drive-ul inițial. Deci, dacă nu îți plac efectele unei modificări, poți răspândi un drive care să îi anuleze efectele, cel puțin în teorie.
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?
Deci, care ar fi concluzia? Suntem capabili să modificăm specii întregi cum ne dorim. Ar trebui? Suntem zei acum? Nu cred că aș spune asta. Dar aș spune asta: câțiva oameni foarte inteligenți dezbat cum să reglementeze genele drive. În același timp, alți oameni foarte inteligenți lucrează din greu să creeze protecție, precum gene drive care se autoreglează sau dispar după câteva generații. Asta e minunat. Dar această tehnologie încă necesită o conversație. Dată fiind natura genelor drive, conversația trebuie să fie globală. Dacă Kenya vrea să folosească ceva, dar Tanzania nu? Cine decide dacă să se răspândească o genă drive pentru a zbura?
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.
Nu am răspunsul la această întrebare. Consider că mergând înainte trebuie să vorbim onest despre riscuri și beneficii și să ne asumăm responsabilitatea alegerilor. Prin asta mă refer nu doar la alegerea de a folosi o genă drive, dar și la alegerea de a nu folosi una. Oamenii au tendința de a presupune că cea mai sigură opțiune e să mențină status quo-ul. Dar nu e aşa mereu. Genele drive au riscuri și acestea trebuie discutate, dar malaria există acum și ucide 1000 de oameni zilnic. Pentru a o preveni, pulverizăm pesticide care aduc daune grave altor specii, precum amfibienilor și păsărilor.
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.
Când veţi auzi de genele drive în următoarele luni, și credeţi-mă, veţi auzi despre ele, țineţi minte asta. Poate fi înfricoșător să acționăm, dar, câteodată, să nu acționăm e mai rău.
(Applause)
(Aplauze)