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.
Bu konuşma gen sürücüleri hakkında ama sizlere kısa bir hikâye anlatarak başlayayım. 20 yıl önce, Anthony James adlı bir biyolog sıtma taşımayacak sivrisinekler üretme fikrini saplantı haline getirdi.
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.
Bu müthiş bir fikirdi ve neredeyse tam bir başarısızlıktı. Her şeyden önce, sıtmaya dirençli sivrisinek üretmenin çok zor olduğu anlaşılmıştı. James nihayet sonunda birkaç yıl önce bunu başardı. Bunu, sıtma parazitinin sivrisineğin içinde yaşamasını olanaksız kılan bazı genler ekleyerek yaptı.
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.
Fakat bu, başka bir sorun yarattı. Elindeki sıtmaya dirençli sivrisinekleri, sıtma taşıyan bütün o sineklerle nasıl yer değiştirebilirsin? Birkaç seçenek var. A planı; doğruca bir miktar genetiği değiştirilmiş yeni sivrisinek üretip onları doğaya salarsın ve genlerini aktarmalarını umut edersin. Sorun şu ki planın başarılı olması için yabani sivrisineklerin 10 kat fazlasını doğaya salman gerekir. Yani köyde zaten 10.000 sivrisinek varken 100.000 tane de siz salacaksınız. Tahmin edeceğiniz gibi köylüler için pek hoş bir yöntem olmazdı.
(Laughter)
(Kahkahalar)
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.
Sonra, geçtiğimiz Ocak'ta, Anthony James, Ethan Bier adlı bir biyologdan bir e-posta aldı. Bier e-postada öğrencisi Valentino Gantz'la tesadüfen buldukları bir yöntemin, belirli bir genetik özelliği miras olarak almayı garantilemekle kalmayıp onun çok hızlı yayılmasını da sağladığını söylüyordu. Eğer söyledikleri doğruysa James ile birlikte 20 yıldır üzerinde çalıştıkları sorun çözülmüş demekti.
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.
Bunu sınamak için sıtma karşıtı gen taşıyan 2 adet sivrisinek ve bu yeni yöntem, bir gen sürücüsü oluşturuldu. Yöntemi birazdan anlatacağım. Son olarak sıtma karşıtı geni taşıyacak sivrisinekleri normalde sahip oldukları beyaz gözler yerine kırmızı gözlere sahip olacak şekilde düzenlediler. Bu sayede sivrisinekleri bir bakışta kolayca ayırt edebileceklerdi.
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.
Sıtma karşıtı, kırmızı gözlü iki sivrisineği alıp 30 sıradan, beyaz gözlü sinekle aynı kutuya koydular ve üremeye bıraktılar. İki nesil sonra 3.800 torun ortaya çıkmıştı. İşin ilginç kısmı bu değil. İlginç olan kısım şu: İki kırmızı gözlü ve 30 beyaz gözlü sivrisinekle başlandığı için çoğunluğu beyaz gözlü bir nesil beklersiniz. Ama James kutuyu açtığında 3800 sineğin tamamının gözlerinin kırmızıydı olduğunu gördü.
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.
O anı Erthan Bier'e sorduğumda o kadar heyecanlandı ki telefonda resmen bağırıyordu. Çünkü sadece kırmızı gözlü sivrisinek elde etmek biyolojinin değişmez esaslarından olan Mendel Yasalarına aykırıdır. Kısaca anlatayım. Mendel genetiğine göre, erkek ve dişi çiftleştiğinde yavrular DNA'yı ebeveynlerden yarı yarıya alır. Dolayısıyla, orijinal sivrisineğimiz aa ve yeni sinek aB ise, burada B sıtma karşıtı gen, yavrular şu permütasyonla oluşmalıdır: aa, aB, aa, Ba. Fakat bunun aksine, yeni gen sürücüyle hepsi aB oldu. Biyolojik olarak bu mümkün değildi.
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.
Peki ne oldu? Birincisi, 2012 yılında CRISPR diye bilinen bir gen düzenleme yöntemi ortaya çıktı. Pek çoğunuz CRISPR'ı duymuşsunuzdur CRISPR'la ilgili kısaca şunu söyleyeyim genleri düzenlemeyi hızlı, kolay ve kesin biçimde mümkün kılan bir yöntem. Bunu, bakterilerde zaten bulunan bir mekanizmayı kullanarak yapıyor. Makas gibi davranan bir protein var, DNA'yı kesiyor, bir de bu makası genomda istediğiniz herhangi bir noktaya yönlendiren RNA molekülü var. Sonuç, temelde genler için bir kelime işlemcisi gibi. Tüm bir geni dışarı alıp başka birini koyabilirsin veya gendeki tek bir harfi de değiştirebilirsin. Bunu neredeyse bütün türlerde yapabilirsin.
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.
Peki, gen sürücülerinin iki sorunu var demiştim, hatırladınız mı? İlki sıtmaya dirençli bir sivrisinek üretmenin zorluğuydu. CRISPR sayesinde bu sorun çözüldü. Ama diğer sorun lojistikle ilgiliydi. Bu özelliği yaymayı nasıl sağlarız? İşte burada zekâ gerekiyor.
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.
Birkaç yıl önce Kevin Esvelt adlı Harvard'lı bir biyolog, CRISPR yeni genler yerleştirmekle kalmayıp aynı zamanda kesme ve yapıştırma süreçlerini içeren mekanizmayı da yerleştirse ne olur diye düşündü. Başka bir deyişle, CRISPR kendisini de kopyalayıp yapıştırsa ne olurdu. Gen düzenleyen bir devridaim makinesi elde ederdiniz. Ve olan tam da buydu. Esvelt'in ürettiği CRISPR gen sürücüsü sadece özelliğin aktarılmasını sağlamakla kalmıyor eğer eşey hücrelerinde kullanılırsa yeni geni otomatik olarak kopyalayıp her bir bireyin her iki kromozomuna da yapıştırıyor. Toplu bir arama ve değiştirme gibi ya da bilimsel deyişle heterozigot özelliğin homozigot yapılması.
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.
Peki bu ne anlama geliyor? Bu, öncelikle elimizde çok güçlü fakat aynı zamanda da biraz da ürkütücü yeni bir araç var demek. Gen sürücülerinin şimdiye kadar çok iyi çalışmamış olması aslında bir bakıma iyiydi. Normalde bir organizmanın genleriyle oynadığımızda onu evrimsel bakımdan daha az uyumlu, daha zayıf hâle getiririz. Bu nedenle biyologlar korkmadan, istedikleri kadar mutant meyve sineği üretebilir. Eğer kaçanlar olursa doğal seçilim onların icabına bakar.
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.
Gen sürücülerini güçlü, harika ve aynı zamanda ürkütücü yapan şey ise bunun artık böyle olmayacak olması. Eğer sizin istediğiniz özellik büyük bir adaptasyon engeli oluşturmuyorsa örneğin uçamayan sivrisinekler gibi, CRISPR temelli gen sürücüsü,değişimi popülasyondaki her bireye geçirene kadar çalışmaya devam edecektir. O kadar iyi çalışan bir gen sürücüsü yapmak şu an kolay değil ama James ve Esvelt yapabileceğimizi düşünüyor.
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.
İyi haber şu ki, bu durum pek çok harika şeye kapı açıyor. Eğer tek bir sıtma karşıtı gen sürücüyü, sıtma taşıyan Anofel cinsi sivrisineklerin sadece %1'ine koyarsanız araştırmacılar, bunun bir sene içinde tüm popülasyona yayılacağını düşünüyor. Bir sene içerisinde sıtmayı ortadan kaldırabilirsiniz. Pratikte bunu yapabilmek için birkaç yıla daha ihtiyacımız var ama hâlen günde 1000 çocuk sıtmadan hayatını kaybediyor. Bir yılda bu sayı neredeyse sıfırlanabilir. Aynı şey dang humması, chikungunya, sarı humma için de geçerli.
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.
İşler daha da iyileşiyor. Diyelim ki istilacı bir türden kurtulmak istiyorsunuz. Büyük Gölleri sazanlardan temizlemek gibi Yapmanız gereken tek şey, balıkların sadece erkek yavrulamasını sağlayan bir gen sürücü salmak. Birkaç nesil sonra dişi birey kalmaz ve bu şekilde sazanlar yok olur. Teoride, nesli tükenmekte olan yüzlerce yerli türü kurtarabileceğimiz anlamına geliyor.
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.
Bu iyi haberdi, şimdi kötü haber. Gen sürücüleri o kadar etkili ki kazayla dışarı salınmaları bile bütün bir türü çoğu zaman hızla değişikliğe uğratabilir. Anthony James sağlam önlemler aldı. Sivrisinekleri biyolojik önlemli bir laboratuvarda üretti. Aynı zamanda ABD'de bulunmayan bir türle çalıştı. Bu durumda kaçsalar bile teker teker ölürlerdi, çiftleşecek eş bulamazlardı. Fakat şu da doğru ki, gen sürücülü, tamamı erkek, bir düzine sazan yanlışlıkla Büyük Göller'den Asya'ya taşınırsa oradaki yerli sazan popülasyonunu ortadan kaldırabilirler. Dünyamız bu kadar birbirine bağlıyken bu çok da imkânsız değil. Aslına bakarsanız, istilacı tür sorunumuzun nedeni de bu. Sonuçta bu bir balık. Sivrisinek ve meyve sineği gibi canlıları zapt etmenin hiçbir yolu yok. Sınırları, okyanusları daima aşıyorlar.
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.
Bir başka kötü haber daha, gen sürücüler, hedef tür dediğimiz türlerle sınırlı kalmayabilir. Bu gen akışından kaynaklanır. Bu, yakın türlerin bazen birbirleriyle çiftleşmesine verilen havalı ad. Eğer bu durum meydana gelirse gen sürücü karşı türe geçebilir. Örneğin Asya sazanları bunu diğer tür sazanlara aktarabilir. Sürücünüz göz rengi gibi bir özelliği geçiriyorsa bu o kadar da kötü değil. Hatta büyük olasılıkla, yakın gelecekte çok garip meyve sinekleri göreceğiz. Ancak eğer sürücünüz bütün bir türü yok etmek üzere tasarlandıysa sonuç felaket olabilir.
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.
Bu teknolojiyle ilgili endişe verici son şey ise bir organizmaya gen mühendisliği yapmak ve gen sürücüsü yerleştirmek aslında dünyadaki her laboratuvarda yapılabilecek bir şey. Bir lisans öğrencisi bunu yapabilir. Bazı araçlara sahip yetenekli bir lise öğrencisi bile yapabilir.
Now, I'm guessing that this sounds terrifying.
Sanıyorum bunlar kulağa ürkütücü geliyor.
(Laughter)
(Kahkaha)
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.
Yine de ilginç bir şekilde, konuştuğum bilim insanlarının neredeyse hepsi gen sürücülerini o kadar da korkutucu veya tehlikeli görüyor gibi değillerdi. Nedeni kısmen, bilim insanlarının onları kullanırken çok ihtiyatlı ve dikkatli olacaklarına inanmaları.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
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.
Bu şimdiye kadar doğru. Ancak gen sürücülerinin ayrıca bazı fiili sınırları var. Bunlardan biri, sadece eşeyli üreyen canlılarda çalışması. Şükürler olsun ki virüs ya da bakteri üretmede kullanılamıyorlar. Ayrıca özellik sadece bir sonraki nesil ile yayılıyor. Yani bir popülasyonu değiştirmek ya da yok etmek ancak o tür, hızlı bir üreme döngüsüne sahipse mümkün, böcekler gibi ya da fare ve balık benzeri küçük omurgalılar gibi. Filler ya da insanlarda bir özelliğin yeterli ölçüde yayılması yüzyıllar alacaktır.
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.
CRISPR'la bile tamamen yıkıcı bir özellik geliştirmek çok da kolay değil. Diyelim ki çürümüş meyve yerine taze meyveyle beslenen bir sinek üretmek istedin, amacın Amerikan tarımını sabote etmek. Öncelikle sineğin yeme davranışını yöneten genleri bulmak zorundasın ki bu zaten çok uzun ve karmaşık bir iş. Sonra bu genleri sineğin istediğin davranışı göstereceği biçimde değiştirmelisin. Bu daha da uzun ve daha karmaşık bir iş. Başarılı olmayabilir de çünkü davranışları düzenleyen genler karmaşıktır. Diyelim ki bir teröristsin ve seçim yapacaksın, uzun yıllar çalışma gerektiren ve sonunda boş çıkabilecek zahmetli bir araştırma programı mı yoksa bir yerleri havaya uçurmak mı? Muhtemelen ikinciyi seçerdin.
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.
Bu özellikle doğru, çünkü en azından teoride tersine sürücü denilen şeyi yapmak da oldukça kolay olmalı. Esasen ilk gen sürücülerin yaptığı değişiklikleri tekrar düzenliyor. Eğer yaptığın değişikliğin sonuçlarını beğenmediysen onu iptal edecek ikinci bir sürücü salabilirsin, en azından teoride.
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?
Peki bu bizi nereye getiriyor? Artık kendi irademizle türleri değiştirme imkânına sahibiz. Peki yapmalı mıyız? Şimdi biz Tanrı mıyız? Bunu demezdim herhâlde. Ama şunu derdim: Öncellikle, çok zeki birkaç insan gen sürücüleri kurallarını şu anda bile tartışıyorlar. Aynı anda, diğer birkaç zeki insan da kendi kendini düzenleyen ya da birkaç nesil sonra yok olacak güvenli gen sürücüleri yapmak için çok çalışıyorlar. Bu çok iyi. Fakat bu teknolojinin yine de konuşulması gerekiyor. Gen sürücülerinin gücünü düşünürsek bu konuşma küresel olmalı. Ya Kenya gen sürücüsü kullanmayı ister ama Tanzanya istemezse? Uçabilen bir gen sürücüsünün salınmasına kim karar verecek?
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.
Bu soruya verecek bir cevabım yok. Bence yapabileceğimiz tek şey ilerlemek, yararları ve riskleri üzerinde dürüstçe konuşmak ve seçimlerimizin sorumluluğunu üstlenmek. Demek istediğim, sadece bir gen sürücü kullanma seçeneğini değil, kullanmama seçeneğini de. İnsanlar, en güvenli seçeneğin mevcut durumu korumak olduğunu düşünmeye eğilimlidir. Ama bu her zaman doğru değil. Gen sürücülerin riskleri var ve bunlar tartışılmalı. Fakat sıtma hâlen duruyor ve her gün 1000 kişiyi öldürüyor. Sıtmayla savaşta böcek ilacı püskürtüyoruz ve bu da kuşlar ve amfibiler de dahil diğer türlere çok ciddi zarar veriyor.
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.
Önümüzdeki aylarda gen sürücüleri hakkında bir şeyler duyduğunuzda emin olun duyacaksınız, şunu hatırlayın. Bir şeyi yapmak korkutucu olabilir ama bazen yapmamak daha kötüdür.
(Applause)
(Alkışlar)