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

Vertaald door: Peter van de Ven Nagekeken door: Axel Saffran

So this is a talk about gene drives,

Ik ga het hebben over gen-drives,

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

maar ik begin met jullie een kort verhaal te vertellen.

20 years ago, a biologist named Anthony James

20 jaar geleden raakte een bioloog genaamd Anthony James

got obsessed with the idea of making mosquitos

geobsedeerd met het idee om muggen te maken

that didn't transmit malaria.

die geen malaria overbrengen.

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

Het was een geweldig idee en een gigantische flop.

For one thing, it turned out to be really hard

Het bleek bijvoorbeeld erg moeilijk

to make a malaria-resistant mosquito.

om een malaria-resistente mug te maken.

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

Het is James uiteindelijk een paar jaar geleden gelukt,

by adding some genes that make it impossible

door wat genen toe te voegen

die het de malaria-parasiet onmogelijk maken in de mug te overleven.

for the malaria parasite to survive inside the mosquito.

But that just created another problem.

Maar dat introduceerde een ander probleem.

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

Nu heb je wel een malaria-resistente mug,

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

maar hoe zorg je ervoor dat hij de malaria-dragende muggen gaat vervangen?

There are a couple options,

Je hebt een paar mogelijkheden,

but plan A was basically to breed up

maar plan A was in feite

a bunch of the new genetically-engineered mosquitos

om een aantal van die genetisch-gefabriceerde muggen

release them into the wild

te kweken, ze los te laten

and hope that they pass on their genes.

en te hopen dat ze hun genen zouden doorgeven.

The problem was that you'd have to release

Het probleem was dat je dan

literally 10 times the number of native mosquitos to work.

10 keer zoveel muggen moest loslaten op de oorspronkelijke populatie.

So in a village with 10,000 mosquitos,

Dus in een dorp met 10.000 muggen

you release an extra 100,000.

moest je er 100.000 meer loslaten.

As you might guess,

Je begrijpt misschien,

this was not a very popular strategy with the villagers.

dat de dorpelingen dat niet zo'n goed idee vonden.

(Laughter)

(Gelach)

Then, last January, Anthony James got an email

Afgelopen januari echter, kreeg Anthony James een e-mail

from a biologist named Ethan Bier.

van een bioloog genaamd Ethan Bier.

Bier said that he and his grad student Valentino Gantz

Bier zei dat hij en zijn student Valentino Gantz

had stumbled on a tool that could not only guarantee

iets op het spoor waren gekomen dat niet alleen garandeerde

that a particular genetic trait would be inherited,

dat een specifieke genetische eigenschap zou worden geërfd,

but that it would spread incredibly quickly.

maar ook dat die zich ongelooflijk snel zou verspreiden.

If they were right, it would basically solve the problem

Als dat zo was, zou dat in een keer het probleem oplossen

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

waar hij en James al 20 jaar aan werkten.

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

Als test maakten ze twee muggen die het anti-malaria-gen droegen

and also this new tool, a gene drive,

en ook dit nieuwe hulpmiddel, een gen-drive,

which I'll explain in a minute.

die ik zo zal toelichten.

Finally, they set it up so that any mosquitos

Ze regelden het zo dat muggen

that had inherited the anti-malaria gene

die het anti-malaria-gen hadden geërfd,

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

niet de gebruikelijke witte ogen hadden maar in plaats daarvan rode ogen.

That was pretty much just for convenience

Dat was gewoon praktisch

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

om ze eenvoudig te kunnen herkennen.

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

Ze namen dus die twee anti-malaria-muggen met rode ogen,

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

zetten ze in een doos met 30 gewone muggen met witte ogen

and let them breed.

en lieten ze vermenigvuldigen.

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

In twee generaties leverde dat 3.800 kleinkinderen op.

That is not the surprising part.

Dat is niet zo bijzonder.

This is the surprising part:

Dit is bijzonder:

given that you started with just two red-eyed mosquitos

gezien dat je bent begonnen met slecht twee muggen met rode ogen

and 30 white-eyed ones,

en 30 met witte,

you expect mostly white-eyed descendants.

zou je met name witte ogen verwachten bij de nakomelingen.

Instead, when James opened the box,

Maar toen ze de doos openmaakten

all 3,800 mosquitos had red eyes.

hadden alle 3.800 muggen rode ogen.

When I asked Ethan Bier about this moment,

Toen ik Ethan Bier naar dit moment vroeg,

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

werd hij zo opgewonden dat hij in de telefoon stond te schreeuwen.

That's because getting only red-eyed mosquitos

Omdat alleen muggen met rode ogen krijgen

violates a rule that is the absolute cornerstone of biology,

een regel overtrad die een absolute hoeksteen is van de biologie:

Mendelian genetics.

Mendeliaanse genetica.

I'll keep this quick,

Ik hou dit kort,

maar de Mendeliaanse genetica zegt dat bij een paring,

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

their baby inherits half of its DNA from each parent.

de baby van elke ouder de helft van zijn DNA erft.

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

Dus als de originele mug aa was en onze nieuwe mug was aB,

where B is the anti-malarial gene,

waar B staat voor het anti-malaria-gen,

the babies should come out in four permutations:

zouden de baby's als volgt moeten zijn:

aa, aB, aa, Ba.

aa, aB, aa, Ba.

Instead, with the new gene drive,

Maar met die nieuwe gen-drive

they all came out aB.

waren ze dus allemaal aB.

Biologically, that shouldn't even be possible.

Biologisch gezien mag dat niet eens kunnen.

So what happened?

Hoe kan dat?

The first thing that happened

Het eerste wat er gebeurde

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

was dat we in 2012 een gen-editor ontdekten: CRISPR.

Many of you have probably heard about CRISPR,

Je hebt er wellicht al van gehoord,

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

dus laat ik alleen zeggen dat CRISPR het onderzoekers mogelijk maakt

to edit genes very precisely, easily and quickly.

om genen heel precies, snel en gemakkelijk aan te passen.

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

Het doet dit met behulp van een mechanisme dat al bestond in bacteriën.

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

Je hebt een eiwit dat functioneert als een schaar

and cuts the DNA,

die het DNA knipt

en je hebt een RNA-molecuul dat de schaar stuurt

and there's an RNA molecule that directs the scissors

to any point on the genome you want.

naar ieder gewenst punt op het genoom.

The result is basically a word processor for genes.

Het resultaat is, zeg maar, een tekstverwerker voor genen.

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

Je kunt een heel gen eruit halen, er een inbrengen,

or even edit just a single letter within a gene.

of zelfs een specifieke letter in een gen wijzigen.

And you can do it in nearly any species.

En dat in bijna iedere soort.

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

Weet je nog dat ik zei dat gen-drives in het begin twee problemen hadden?

The first was that it was hard to engineer a mosquito

De eerste was dat het moeilijk was een mug te creëren

to be malaria-resistant.

die malaria-resistent was.

That's basically gone now, thanks to CRISPR.

Die brug is nu genomen, dankzij CRISPR.

But the other problem was logistical.

Maar het andere probleem was logistiek.

How do you get your trait to spread?

Hoe zorg je voor verspreiding van die nieuwe eigenschap?

This is where it gets clever.

Hier wordt het slim.

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

Een paar jaar geleden vroeg Harvardbioloog Kevin Esvelt zich af

wondered what would happen

wat er zou gebeuren

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

als je zorgde dat CRISPR niet alleen een nieuw gen inbracht,

but also the machinery that does the cutting and pasting.

maar ook het gereedschap dat knipt en plakt.

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

Oftewel, wat als CRISPR ook zichzelf kopieerde.

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

Dan zou je een perpetuum mobile voor gen-mutaties krijgen.

And that's exactly what happened.

En dat gebeurde ook.

This CRISPR gene drive that Esvelt created

Die CRISPR gen-drive, die Esvelt creëerde,

not only guarantees that a trait will get passed on,

garandeert niet alleen dat een eigenschap wordt doorgegeven,

but if it's used in the germline cells,

maar als het wordt gebruikt in de kiembaancellen

it will automatically copy and paste your new gene

zal het automatisch je nieuwe gen kopiëren

into both chromosomes of every single individual.

naar beide chromosomen van ieder individu.

It's like a global search and replace,

Het is net een algemene zoek en vervangoperatie,

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

of exact gezegd maakt het een heterozygote eigenschap homozygoot.

So, what does this mean?

Wat betekent dat?

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

Om te beginnen betekent dat, dat we een heel krachtig

but also somewhat alarming new tool.

maar ook een beetje gevaarlijk nieuw gereedschap hebben.

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

Tot nu toe was het feit dat gen-drives niet goed werkten

was actually kind of a relief.

eigenlijk wel geruststellend.

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

Als we normaal gesproken rommelen met de genen van een organisme

we make that thing less evolutionarily fit.

wordt het er niet weerbaarder op.

So biologists can make all the mutant fruit flies they want

Biologen kunnen dus zonder zorgen fruitvliegjes muteren zoveel ze willen.

without worrying about it.

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

Ontsnappen ze, dan ruimt natuurlijke selectie ze wel op.

What's remarkable and powerful and frightening about gene drives

Wat opmerkelijk, krachtig en eng is aan gen-drives

is that that will no longer be true.

is dat dat niet langer opgaat.

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

Ervan uitgaande dat je eigenschap geen grote evolutionaire handicap heeft,

like a mosquito that can't fly,

zoals een mug die niet kan vliegen,

the CRISPR-based gene drive will spread the change relentlessly

zal de CRISPR gen-drive de verandering meedogenloos verspreiden

until it is in every single individual in the population.

tot ieder individu in de populatie het heeft.

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

Nu is het niet zo eenvoudig een gen-drive te maken die goed werkt,

but James and Esvelt think that we can.

maar James en Esvelt denken dat het kan.

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

Het goede nieuws is dat dit de deur opent naar wat opmerkelijke ontwikkelingen.

If you put an anti-malarial gene drive

Als je een antimalaria-gen-drive inbrengt

in just 1 percent of Anopheles mosquitoes,

in slechts 1 procent van de Anopheles-muggen,

the species that transmits malaria,

de soort die malaria verspreidt,

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

schatten de onderzoekers dat het binnen een jaar de hele populatie bereikt.

So in a year, you could virtually eliminate malaria.

In een jaar zou je dus malaria kunnen uitroeien.

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

In de praktijk zal het nog een paar jaar duren voor we zover zijn,

maar dan nog: er sterven 1.000 kinderen per dag aan malaria.

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

In a year, that number could be almost zero.

Dat cijfer zou in een jaar bijna nul kunnen zijn.

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

Hetzelfde geldt voor denguekoorts, Chikungunya, gele koorts.

And it gets better.

Het wordt nog mooier.

Say you want to get rid of an invasive species,

Stel je wilt een invasieve soort kwijt,

like get Asian carp out of the Great Lakes.

bijvoorbeeld Aziatische karpers uit de Great Lakes.

All you have to do is release a gene drive

Een kwestie van een gen-drive uitzetten

that makes the fish produce only male offspring.

die maakt dat de nakomelingen allemaal mannetjes zijn.

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

In een paar generaties zijn er geen vrouwtjes meer: einde karpers.

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

Theoretisch zouden we honderden oorspronkelijke soorten kunnen redden

that have been pushed to the brink.

die nu met de rug tegen de muur staan.

OK, that's the good news,

Goed, voor zover het goede nieuws;

this is the bad news.

nu het slechte nieuws.

Gene drives are so effective

Gen-drives zijn zo effectief

that even an accidental release could change an entire species,

dat ze een hele soort kunnen veranderen, zelfs als ze abusievelijk worden uitgezet,

and often very quickly.

en vaak ook heel snel.

Anthony James took good precautions.

Anthony James nam goede voorzorgsmaatregelen.

He bred his mosquitos in a bio-containment lab

Hij kweekte zijn muggen in een bio-containmentlab

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

en hij gebruikte een soort die niet in de VS voorkomt,

so that even if some did escape,

dus zelfs mochten er een paar ontsnappen

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

dan zouden ze uitsterven, omdat er geen partners zijn.

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

Maar het is ook zo, dat als een tiental van die gemuteerde Aziatische karpers

accidentally got carried from the Great Lakes back to Asia,

per ongeluk van de Great Lakes terug naar Azië zouden worden gebracht,

they could potentially wipe out the native Asian carp population.

ze in potentie daar de hele Aziatische karperpopulatie zouden kunnen uitroeien.

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

Niet onvoorstelbaar, alles staat tegenwoordig in verbinding met elkaar;

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

vandaar juist de problemen met invasieve soorten.

And that's fish.

En dat is nog maar vis.

Things like mosquitos and fruit flies,

Als we het hebben over fruitvliegjes of muggen,

there's literally no way to contain them.

die zijn helemaal niet te beheersen.

They cross borders and oceans all the time.

Die reizen voortdurend internationaal en intercontinentaal.

OK, the other piece of bad news

Het andere slechte nieuws

is that a gene drive might not stay confined

is dat een gen-drive zich misschien niet beperkt

to what we call the target species.

tot wat we noemen de doelsoort.

That's because of gene flow,

Dat komt door de gen-overdracht,

which is a fancy way of saying that neighboring species

een mooi woord voor incidentele kruisingen met gerelateerde soorten.

sometimes interbreed.

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

De gen-drive zou dan op de andere soort over kunnen gaan

en Aziatische karpers zouden andere karpers kunnen infecteren.

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.

Dat geeft niet als het alleen een eigenschap bevordert, zoals kleur.

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

En er is inderdaad een redelijke kans

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

dat we binnenkort hele vreemde fruitvliegjes gaan zien.

But it could be a disaster

Maar het kan een ramp zijn

if your drive is deigned to eliminate the species entirely.

als je drive is bedoeld om een hele soort uit te roeien.

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

Een laatste zorgelijk punt is dat deze techniek,

to genetically engineer an organism and include a gene drive,

om een organisme genetisch te manipuleren en een gen-drive te geven,

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

iets is wat in principe ieder lab in de wereld kan doen.

An undergraduate can do it.

Een student kan het.

A talented high schooler with some equipment can do it.

Een middelbare scholier met een beetje talent en spullen kan het.

Now, I'm guessing that this sounds terrifying.

Ik neem aan dat dit huiveringwekkend klinkt.

(Laughter)

(Gelach)

Interestingly though, nearly every scientist I talk to

Het is interessant dat bijna iedere wetenschapper die ik spreek,

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

schijnt te vinden dat gen-drives feitelijk niet zo angstaanjagend zijn.

Partly because they believe that scientists will be

Deels omdat ze geloven

dat wetenschappers ze heel consciëntieus zullen gebruiken.

very cautious and responsible about using them.

(Laughter)

(Gelach)

So far, that's been true.

Tot dusver is dat ook zo.

But gene drives also have some actual limitations.

Maar gen-drives hebben ook echte beperkingen.

Een daarvan is dat ze alleen werken bij soorten die zich seksueel voortplanten.

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

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

Gelukkig kunnen ze dus niet worden gebruikt voor virussen of bacteriën.

Also, the trait spreads only with each successive generation.

En de eigenschap verspreid zich alleen bij iedere nieuwe generatie.

So changing or eliminating a population

Dus een populatie veranderen of uitroeien

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

is alleen praktisch als die soort zich snel voortplant,

like insects or maybe small vertebrates like mice or fish.

zoals insecten of kleine gewervelden, zoals muizen of vissen.

In elephants or people, it would take centuries

In olifanten of mensen zou het eeuwen duren

for a trait to spread widely enough to matter.

voordat een eigenschap zich significant zou verspreiden.

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

Ook is het zelfs met CRISPR niet makkelijk om iets desastreus te maken.

Say you wanted to make a fruit fly

Stel, je wilt een fruitvlieg maken

that feeds on ordinary fruit instead of rotting fruit,

die gezond fruit eet in plaats van rottend fruit,

with the aim of sabotaging American agriculture.

omdat je de Amerikaanse landbouw wilt saboteren.

First, you'd have to figure out

Eerst zou je uit moeten vinden

which genes control what the fly wants to eat,

welke genen bepalen wat de vlieg wil eten,

which is already a very long and complicated project.

wat al een heel lang en moeilijk project is.

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

Dan zou je die genen moeten muteren teneinde zijn gedrag te veranderen

to whatever you'd want it to be,

op de manier zoals jij wil,

which is an even longer and more complicated project.

wat een nog langer en moeilijker project is.

And it might not even work,

Misschien werkt het niet eens,

because the genes that control behavior are complex.

want de genen die het gedrag bepalen zijn erg complex.

So if you're a terrorist and have to choose

Dus als je een terrorist bent en je hebt de keuze

between starting a grueling basic research program

tussen een slopend onderzoek

dat jaren nauwgezet labwerk vergt en dan misschien nog niet werkt,

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

of gewoon dingen opblazen?

or just blowing stuff up?

Dan kies je waarschijnlijk het laatste.

You'll probably choose the later.

This is especially true because at least in theory,

Dat is met name zo, omdat het in theorie

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

niet zo moeilijk is om een omgekeerde drive te maken.

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

Die maakt in feite dat wat de eerste drive heeft veranderd, weer ongedaan.

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

Dus bij tegenvallende effecten

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

kun je een tweede drive uitbrengen die de eerste teniet doet.

at least in theory.

In theorie dan.

OK, so where does this leave us?

Dus waar staan we nu?

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

We hebben nu het vermogen om soorten te veranderen zoals wij het willen.

Should we?

Willen we dat?

Are we gods now?

Zijn we nu goden?

I'm not sure I'd say that.

Zo zou ik het niet zeggen.

But I would say this:

Maar dit wel:

first, some very smart people

ten eerste bespreken heel verstandige mensen

are even now debating how to regulate gene drives.

nu al hoe gen-drives te reguleren.

At the same time, some other very smart people

Op hetzelfde moment werken er ook hele intelligente mensen

are working hard to create safeguards,

aan veiligheidsmaatregelen,

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

zoals zelfregulerende gen-drives of drives die slechts enkele generaties werken.

That's great.

Dat is mooi.

But this technology still requires a conversation.

Maar deze technologie moet wel bediscussieerd worden.

And given the nature of gene drives,

En gezien de aard van de drives

that conversation has to be global.

moet dat mondiaal gebeuren.

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

Want wat als Kenia een drive wil gebruiken maar Tanzania niet?

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

Wie beslist of er een gen-drive wordt uitgezet die kan vliegen?

I don't have the answer to that question.

Ik weet het antwoord niet.

All we can do going forward, I think,

Het enige wat we kunnen doen, denk ik,

is talk honestly about the risks and benefits

is eerlijk bespreken wat de voor- en nadelen zijn

and take responsibility for our choices.

en verantwoordelijkheid nemen voor onze keuzes.

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

Daarmee bedoel ik niet alleen de keuze om een gen-drive te gebruiken,

but also the choice not to use one.

maar ook de keuze om dat niet te doen.

Humans have a tendency to assume that the safest option

Mensen hebben de neiging te denken dat de veiligste optie is

is to preserve the status quo.

om maar niets te veranderen.

But that's not always the case.

Maar dat is niet altijd zo.

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

Gen-drives hebben risico's en die dienen bediscussieerd,

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

maar malaria bestaat en het doodt 1.000 mensen per dag.

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

We bestrijden het nu met pesticides die andere organismen schade toebrengen,

including amphibians and birds.

waaronder amfibieën en vogels.

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

Als je dus de komende maanden hoort over gen-drives,

and trust me, you will be hearing about them,

en geloof me, je zult erover horen,

remember that.

onthoud dat dan.

It can be frightening to act,

Het kan eng zijn om iets te doen,

but sometimes, not acting is worse.

maar soms is niets doen erger.

(Applause)

(Applaus)