Gene editing can now change an entire species -- forever | Jennifer Kahn

Translator: Radost Tsvetkova Reviewer: Darina Stoyanova

So this is a talk about gene drives,

Това е дискусия за генетични пътища,

but I'm going to start by telling you a brief story.

но ще започна, като ви разкажа една кратка история.

20 years ago, a biologist named Anthony James

Преди двадесет години биолог на име Антъни Джеймс

got obsessed with the idea of making mosquitos

се обсеби от идеята да създаде комари,

that didn't transmit malaria.

които не пренасят малария.

It was a great idea, and pretty much a complete failure.

Беше страхотна идея и почти пълен провал.

For one thing, it turned out to be really hard

Първо се оказа, че е наистина трудно

to make a malaria-resistant mosquito.

да се направи комар, устойчив на малария.

James managed it, finally, just a few years ago,

Джеймс в крайна сметка успя само преди няколко години,

by adding some genes that make it impossible

като добави някои гени, които правят невъзможно

for the malaria parasite to survive inside the mosquito.

оцеляването в комара на паразита на маларията.

But that just created another problem.

Но това само създаде друг проблем.

Now that you've got a malaria-resistant mosquito,

Сега, след като имате комар, устойчив на малария,

how do you get it to replace all the malaria-carrying mosquitos?

как ще направите така, че той да замести всички комари, които пренасят малария?

There are a couple options,

Има няколко варианта,

but plan A was basically to breed up

но план А в общи линии включва развъждане

a bunch of the new genetically-engineered mosquitos

на няколко нови генно модифицирани комара,

release them into the wild

пускане на комарите в природата

and hope that they pass on their genes.

и стискане на палци да предадат гените си.

The problem was that you'd have to release

Проблемът беше, че ще трябва да пуснете

literally 10 times the number of native mosquitos to work.

буквално 10 пъти повече комари от естествено обитаващите средата.

So in a village with 10,000 mosquitos,

Така че в едно село с 10 000 комара

you release an extra 100,000.

трябва да пуснете допълнително 100 000.

As you might guess,

Както можете да предположите,

this was not a very popular strategy with the villagers.

това не беше особено харесвана от селяните стратегия.

(Laughter)

(Смях)

Then, last January, Anthony James got an email

После, миналия януари Антъни Джеймс получи мейл

from a biologist named Ethan Bier.

от биолог на име Итън Биър.

Bier said that he and his grad student Valentino Gantz

Биър каза, че той и студентът му Валентино Ганц

had stumbled on a tool that could not only guarantee

са попаднали на инструмент, който може не само да гарантира,

that a particular genetic trait would be inherited,

че определена генетична черта ще бъде наследена,

but that it would spread incredibly quickly.

но и че ще се разпространи изключително бързо.

If they were right, it would basically solve the problem

Ако излезеха прави, това реално щеше да реши проблема,

that he and James had been working on for 20 years.

върху който той и Джеймс са работили 20 години.

As a test, they engineered two mosquitos to carry the anti-malaria gene

Като тест те създадоха два комара, които да пренесат анти-маларийния ген,

and also this new tool, a gene drive,

както и новия инструмент - генетичен път,

which I'll explain in a minute.

който ще разясня след минута.

Finally, they set it up so that any mosquitos

В крайна сметка го настроиха така, че всеки комар,

that had inherited the anti-malaria gene

който е наследил анти-маларийния ген,

wouldn't have the usual white eyes, but would instead have red eyes.

няма да има обичайния бял цвят на очите, а вместо това ще бъде с червени очи.

That was pretty much just for convenience

Това беше основно за удобство,

so they could tell just at a glance which was which.

за да могат само с един поглед да различават кой какъв е.

So they took their two anti-malarial, red-eyed mosquitos

И така, взеха своите два анти-маларийни червенооки комара

and put them in a box with 30 ordinary white-eyed ones,

и ги поставиха в кутия заедно с 30 нормални белооки такива,

and let them breed.

за да се размножават.

In two generations, those had produced 3,800 grandchildren.

След две поколения бяха произвели 3800 внуци.

That is not the surprising part.

Това не е изненадващата част.

This is the surprising part:

Това е изненадващата част:

given that you started with just two red-eyed mosquitos

имайки предвид, че започват само с два червенооки комара

and 30 white-eyed ones,

и тридесет белооки,

you expect mostly white-eyed descendants.

очакванията ви биха били за преобладаващи белооки наследници.

Instead, when James opened the box,

Вместо това, когато Джеймс отвори кутията,

all 3,800 mosquitos had red eyes.

всичките 3800 комара имаха червени очи.

When I asked Ethan Bier about this moment,

Когато попитах Итън Биър за този момент,

he became so excited that he was literally shouting into the phone.

той се въодушеви толкова много, че буквално крещеше в телефона си.

That's because getting only red-eyed mosquitos

Това е защото получаването на само червенооки комари

violates a rule that is the absolute cornerstone of biology,

нарушава правило, което е абсолютен закон в биологията,

Mendelian genetics.

Менделовата генетика.

I'll keep this quick,

Ще бъда кратка,

but Mendelian genetics says when a male and a female mate,

но според Менделовата генетика, когато мъжки и женска се репродуцират,

their baby inherits half of its DNA from each parent.

бебето им наследява половината от своята ДНК от всеки родител.

So if our original mosquito was aa and our new mosquito is aB,

Така че, ако първоначалният ни комар е бил aa, а новият ни комар е бил aB,

where B is the anti-malarial gene,

където B е анти-маларийният ген,

the babies should come out in four permutations:

бебетата би трябвало да се родят в четири пермутации:

aa, aB, aa, Ba.

aa, aB, aa, Ba.

Instead, with the new gene drive,

Вместо това, с помощта на новия генетичен път,

they all came out aB.

всички се родиха в aB.

Biologically, that shouldn't even be possible.

Биологично това не би трябвало дори да е възможно.

So what happened?

Така че какво се случи?

The first thing that happened

Първото нещо, което се случи,

was the arrival of a gene-editing tool known as CRISPR in 2012.

бе появата на новия инструмент за промяна на ДНК, известен като CRISPR, през 2012.

Many of you have probably heard about CRISPR,

Много от вас вероятно са чували за CRISPR,

so I'll just say briefly that CRISPR is a tool that allows researchers

така че само ще обясня накратко, че CRISPR е инструмент, позволяващ на учените

to edit genes very precisely, easily and quickly.

да редактират гените много прецизно, лесно и бързо.

It does this by harnessing a mechanism that already existed in bacteria.

Постига това, оползотворявайки механизъм, който вече съществува в бактериите.

Basically, there's a protein that acts like a scissors

В основата си това е протеин, който действа като ножици

and cuts the DNA,

и реже молекулата на ДНК,

and there's an RNA molecule that directs the scissors

като има РНК молекула, която насочва ножиците

to any point on the genome you want.

към кое да е място в генома, избрано от вас.

The result is basically a word processor for genes.

Резултатът на практика е текстови редактор за гени.

You can take an entire gene out, put one in,

Можете да изтривате цял един ген, да добавяте ген

or even edit just a single letter within a gene.

или дори да редактирате само една буква в гена.

And you can do it in nearly any species.

И можете да го правите при почти всички видове организми.

OK, remember how I said that gene drives originally had two problems?

Помните ли как казах, че генетичните пътища първоначално имаха два проблема?

The first was that it was hard to engineer a mosquito

Първият бе, че беше трудно да се създаде комар,

to be malaria-resistant.

който да е устойчив на малария.

That's basically gone now, thanks to CRISPR.

Това реално е решено, благодарение на CRISPR.

But the other problem was logistical.

Но другият проблем беше логистичен.

How do you get your trait to spread?

Как да накараш твоята черта да се разпространи?

This is where it gets clever.

Тук решението става гениално.

A couple years ago, a biologist at Harvard named Kevin Esvelt

Преди няколко години биолог от Харвард на име Кевин Есвелт

wondered what would happen

се зачуди какво би станало,

if you made it so that CRISPR inserted not only your new gene

ако направехме така, че CRISPR да вкарва не само новия ни ген,

but also the machinery that does the cutting and pasting.

но и механизма, който извършва рязането и поставянето.

In other words, what if CRISPR also copied and pasted itself.

С други думи, какво ако CRISPR изрязваше и поставяше самия себе си.

You'd end up with a perpetual motion machine for gene editing.

Бихме получили непрекъснато работеща машина за редактиране на гени.

And that's exactly what happened.

И се случи именно това.

This CRISPR gene drive that Esvelt created

Този базиран на CRISPR генетичен път, който Есвелт създаде,

not only guarantees that a trait will get passed on,

не само гарантира, че чертата ще бъде предадена,

but if it's used in the germline cells,

но ако се ползва в зародишната линия от клетки,

it will automatically copy and paste your new gene

автоматично ще копира и постави вашия нов ген

into both chromosomes of every single individual.

и в двете хромозоми на всеки един нов индивид.

It's like a global search and replace,

Той е като глобално търсене и заместване,

or in science terms, it makes a heterozygous trait homozygous.

или казано с научни термини, той прави една хетерозиготна черта хомозиготна.

So, what does this mean?

Е, какво значи това?

For one thing, it means we have a very powerful,

На първо място, това значи, че притежаваме един много мощен,

but also somewhat alarming new tool.

но и донякъде смущаващ, нов инструмент.

Up until now, the fact that gene drives didn't work very well

До този момент фактът, че генетичните пътища не работеха много добре,

was actually kind of a relief.

всъщност беше някакво облекчение.

Normally when we mess around with an organism's genes,

Обикновено когато се намесваме в гените на един организъм,

we make that thing less evolutionarily fit.

го правим по-малко еволюционно пригоден.

So biologists can make all the mutant fruit flies they want

Така че биолозите могат да си правят колкото си искат мутирали мушици винарки,

without worrying about it.

If some escape, natural selection just takes care of them.

без да се притесняват от това.

Ако някои от тях избягат, естественият подбор ще се справи с тях.

What's remarkable and powerful and frightening about gene drives

Това, което е забележително и могъщо, и плашещо в генетичните пътища,

is that that will no longer be true.

е че това вече няма да е вярно.

Assuming that your trait does not have a big evolutionary handicap,

Предполагайки, че чертата ви няма голям еволюционен недостатък,

like a mosquito that can't fly,

като комар, който не може да лети,

the CRISPR-based gene drive will spread the change relentlessly

генетичният път, базиран на CRISPR, ще разпространява промяната безапелационно,

until it is in every single individual in the population.

докато не я предаде на всеки един индивид от популацията.

Now, it isn't easy to make a gene drive that works that well,

Не е лесно да се създаде генетичен път, който работи толкова добре,

but James and Esvelt think that we can.

но Джеймс и Есвелт мислят, че можем да го направим.

The good news is that this opens the door to some remarkable things.

Добрата новина е, че това ни отваря врати към някои забележителни неща.

If you put an anti-malarial gene drive

Ако поставите анти-малариен генетичен път

in just 1 percent of Anopheles mosquitoes,

в само 1 процент от маларийните комари,

the species that transmits malaria,

видът комари, който пренася малария,

researchers estimate that it would spread to the entire population in a year.

учените изчисляват, че ще се разпространи в цялата популация в рамките на година.

So in a year, you could virtually eliminate malaria.

Така че за една година можете на практика да елиминирате маларията.

In practice, we're still a few years out from being able to do that,

Реално все още ни трябват няколко години, за да можем да правим това,

but still, a 1,000 children a day die of malaria.

но все пак - 1000 деца на ден умират от малария.

In a year, that number could be almost zero.

В рамките на година това число може да се сведе почти до нула.

The same goes for dengue fever, chikungunya, yellow fever.

Същото важи и за тропическата треска, за чикунгуня, за жълтата треска.

And it gets better.

И става все по-хубаво.

Say you want to get rid of an invasive species,

Да кажем, че искате да се отървете от инвазивни видове,

like get Asian carp out of the Great Lakes.

като например да премахнете азиатския шаран от Големите езера.

All you have to do is release a gene drive

Всичко, което трябва да направите, е да пуснете генетичен път,

that makes the fish produce only male offspring.

който кара рибите да имат само мъжко поколение.

In a few generations, there'll be no females left, no more carp.

След няколко поколения няма да са останали женски и шараните ще изчезнат.

In theory, this means we could restore hundreds of native species

На теория това значи, че бихме могли да върнем стотици естествени видове,

that have been pushed to the brink.

застрашени от изчезване.

OK, that's the good news,

Добре, това са добрите новини,

this is the bad news.

ето ги лошите новини.

Gene drives are so effective

Генетичните пътища са така ефективни,

that even an accidental release could change an entire species,

че дори случайно пускане на път може да промени цял един вид

and often very quickly.

и често изключително бързо.

Anthony James took good precautions.

Антъни Джеймс е взел добри предпазни мерки.

He bred his mosquitos in a bio-containment lab

Развъдил е комарите си в био-ограничена лаборатория

and he also used a species that's not native to the US

и е ползвал видове, които не се срещат в САЩ,

така че дори някои да избягат,

so that even if some did escape,

they'd just die off, there'd be nothing for them to mate with.

просто ще измрат, няма да има с кого да се репродуцират.

But it's also true that if a dozen Asian carp with the all-male gene drive

Но е вярно също, че ако дузина азиатски шарана с изцяло мъжки генетичен път

accidentally got carried from the Great Lakes back to Asia,

случайно бъдат отнесени по течението от Големите езера обратно към Азия,

they could potentially wipe out the native Asian carp population.

потенциално могат да изличат цялата естествена популация от азиатски шарани.

And that's not so unlikely, given how connected our world is.

И това не е така малко вероятно, имайки предвид колко свързан е светът.

In fact, it's why we have an invasive species problem.

Всъщност, точно затова имаме проблем с инвазивни видове.

And that's fish.

А тук говорим за риба.

Things like mosquitos and fruit flies,

Неща като комарите и мушиците винарки -

there's literally no way to contain them.

буквално няма начин да бъдат ограничени.

They cross borders and oceans all the time.

Те преминават през граници и океани през цялото време.

OK, the other piece of bad news

Другата лоша новина е,

is that a gene drive might not stay confined

че един генетичен път може да не остане ограничен

to what we call the target species.

само в целевия вид организъм.

That's because of gene flow,

Причината е генетичният поток,

което е изискан начин да кажем, че близки видове

which is a fancy way of saying that neighboring species

sometimes interbreed.

понякога се размножават помежду си.

If that happens, it's possible a gene drive could cross over,

Ако това се случи, е възможно един генетичен път да прескочи,

например азиатският шаран да зарази с него друг вид шаран.

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.

Това не е толкова зле, ако пътят ви въвежда само черта, като цвят на очите.

In fact, there's a decent chance that we'll see

Всъщност има добър шанс да видим

a wave of very weird fruit flies in the near future.

цяла вълна от причудливи мушици винарки в близко бъдеще.

But it could be a disaster

Но може да настъпи катастрофа,

if your drive is deigned to eliminate the species entirely.

ако пътят ви е настроен да елиминира напълно целия вид.

The last worrisome thing is that the technology to do this,

Последното тревожно нещо е, че необходимата технология за това,

to genetically engineer an organism and include a gene drive,

за генетичното модифициране на организъм и добавянето на генетичен път,

is something that basically any lab in the world can do.

е нещо, което реално всяка една лаборатория в света може да направи.

An undergraduate can do it.

Студент може да го направи.

A talented high schooler with some equipment can do it.

Талантлив ученик с малко оборудване под ръка може да го направи.

Now, I'm guessing that this sounds terrifying.

Предполагам, че това звучи ужасяващо.

(Laughter)

(Смях)

Interestingly though, nearly every scientist I talk to

Интересно е обаче, че почти всеки учен, с когото разговарям,

seemed to think that gene drives were not actually that frightening or dangerous.

изглежда е на мнение, че генетичните пътища не са така плашещи или опасни.

Partly because they believe that scientists will be

Отчасти защото вярват, че учените ще бъдат

много предпазливи и отговорни при употребата им.

very cautious and responsible about using them.

(Смях)

(Laughter)

So far, that's been true.

До момента това е било така.

But gene drives also have some actual limitations.

Но генетичните пътища имат и някои реални ограничения.

So for one thing, they work only in sexually reproducing species.

Едно такова е, че действат само при сексуално репродуктивни видове.

So thank goodness, they can't be used to engineer viruses or bacteria.

Така че слава богу, не могат да се ползват за създаването на вируси или бактерии.

Also, the trait spreads only with each successive generation.

Също така, чертата се предава само чрез всяко поредно поколение.

So changing or eliminating a population

Така че промяната или изличаването на популация

is practical only if that species has a fast reproductive cycle,

е възможно на практика, само ако видът има бърз репродуктивен цикъл,

like insects or maybe small vertebrates like mice or fish.

като насекомите или може би малките гръбначни животни като мишките и рибите.

In elephants or people, it would take centuries

При слоновете или хората би отнело векове

for a trait to spread widely enough to matter.

за една черта да се разпространи широко, така че да има значение.

Also, even with CRISPR, it's not that easy to engineer a truly devastating trait.

Също, дори с CRISPR, не е така лесно да се създаде истински пагубна черта.

Say you wanted to make a fruit fly

Да речем, че искате да създадете винарка,

that feeds on ordinary fruit instead of rotting fruit,

която се храни само с нормални плодове, вместо с изгнили,

with the aim of sabotaging American agriculture.

с цел да саботирате американското земеделие.

First, you'd have to figure out

Първо, ще трябва да откриете

which genes control what the fly wants to eat,

кои гени контролират какво иска да яде мушицата,

which is already a very long and complicated project.

което само по себе си е много дълъг и сложен проект.

Then you'd have to alter those genes to change the fly's behavior

После ще трябва да промените тези гени, за да промените поведението на мухата

to whatever you'd want it to be,

до такова, каквото бихте искали да бъде,

which is an even longer and more complicated project.

което е дори още по-дълъг и още по-сложен проект.

And it might not even work,

И може и въобще да не сработи,

because the genes that control behavior are complex.

защото гените, контролиращи поведението, са комплексни.

So if you're a terrorist and have to choose

Така че, ако сте терорист и трябва да избирате

between starting a grueling basic research program

между изтощителна базова изследователска програма,

that will require years of meticulous lab work and still might not pan out,

която ще ви отнеме години щателна лабораторна работа без гаранция за успех,

or just blowing stuff up?

и взривяването на неща?

You'll probably choose the later.

Вероятно ще изберете второто.

This is especially true because at least in theory,

Това важи в голяма степен, тъй като дори на теория

it should be pretty easy to build what's called a reversal drive.

би трябвало да е доста лесно да се създаде така наречения обратен път.

That's one that basically overwrites the change made by the first gene drive.

Той на практика пренаписва промяната, направена от първия генетичен път.

So if you don't like the effects of a change,

Така че, ако не харесвате ефектите от направена промяна,

you can just release a second drive that will cancel it out,

можете да вкарате втори път, който да я отмени,

at least in theory.

поне на теория.

OK, so where does this leave us?

Къде ни оставя всичко това?

We now have the ability to change entire species at will.

Сега притежаваме способността да променяме цели видове по наша воля.

Should we?

А редно ли е да го правим?

Are we gods now?

Богове ли сме станали?

I'm not sure I'd say that.

Не съм сигурна, че бих казала това.

But I would say this:

Но ще кажа следното:

first, some very smart people

първо, някои много умни хора

are even now debating how to regulate gene drives.

дори в момента водят дебати за това как да регулираме генетичните пътища.

At the same time, some other very smart people

В същото време някои други много умни хора

are working hard to create safeguards,

работят здраво за създаването на предпазни мерки,

like gene drives that self-regulate or peter out after a few generations.

като пътища, които се саморегулират или се изличават след няколко поколения.

That's great.

Това е страхотно.

But this technology still requires a conversation.

Но тази технология все още се налага да бъде дискутирана.

And given the nature of gene drives,

И познавайки естеството на генетичните пътища,

that conversation has to be global.

тази дискусия трябва да бъде глобална.

What if Kenya wants to use a drive but Tanzania doesn't?

Какво ако Кения иска да използва път, а Танзания не иска?

Who decides whether to release a gene drive that can fly?

Кой решава дали да пусне генетичен път на свобода?

I don't have the answer to that question.

Нямам отговор на този въпрос.

All we can do going forward, I think,

Всичко, което можем да направим занапред, мисля,

is talk honestly about the risks and benefits

е да говорим открито за рисковете и ползите,

and take responsibility for our choices.

и да поемем отговорност за изборите, които правим.

By that I mean, not just the choice to use a gene drive,

Под това имам предвид не само избора да използваме генетичен път,

but also the choice not to use one.

но и избора да не ползваме такъв.

Humans have a tendency to assume that the safest option

Хората имат склонността да вярват, че най-безопасният избор

is to preserve the status quo.

е да се запази статуквото.

But that's not always the case.

Но това невинаги е така.

Gene drives have risks, and those need to be discussed,

Генетичните пътища носят рискове и те трябва да бъдат дискутирани,

but malaria exists now and kills 1,000 people a day.

но маларията съществува в момента и убива 1000 души на ден.

To combat it, we spray pesticides that do grave damage to other species,

В борбата с нея пръскаме пестициди, които причиняват огромни вреди на други видове,

including amphibians and birds.

включително земноводни и птици.

So when you hear about gene drives in the coming months,

Kогато чуете за генетични пътища през следващите няколко месеца,

and trust me, you will be hearing about them,

и повярвайте ми, ще чувате за тях,

remember that.

запомнете това.

It can be frightening to act,

Действието може да ни ужасява,

but sometimes, not acting is worse.

но понякога бездействието е по-лошо.

(Applause)

(Ръкопляскане)