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

Переводчик: Dina Raskina Редактор: Yulia Kallistratova

So this is a talk about gene drives,

Сегодня речь пойдёт о генном драйве,

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

но для начала я расскажу вам короткую историю.

20 years ago, a biologist named Anthony James

20 лет назад биолога по имени Энтони Джеймс

got obsessed with the idea of making mosquitos

захватила идея создания комаров,

that didn't transmit malaria.

которые не переносят малярию.

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

Идея была отличная, но, увы, практически провальная.

For one thing, it turned out to be really hard

Во-первых, оказалось очень сложно

to make a malaria-resistant mosquito.

вывести устойчивого к малярии комара.

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

Джеймс всё же сумел это сделать несколько лет назад,

by adding some genes that make it impossible

добавив некоторые гены, которые не позволяют

for the malaria parasite to survive inside the mosquito.

малярийному паразиту выжить в организме комара.

But that just created another problem.

Но это привело к новой проблеме.

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

Как, сумев вывести устойчивого к малярии комара,

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

добиться того, чтобы он заменил всех комаров-переносчиков малярии?

There are a couple options,

Есть пара вариантов.

but plan A was basically to breed up

Суть плана А была в том, чтобы развести

a bunch of the new genetically-engineered mosquitos

какое-то количество новых генномодифицированных комаров,

release them into the wild

выпустить их на волю

and hope that they pass on their genes.

и надеяться, что их гены распространятся.

The problem was that you'd have to release

Проблема в том, что пришлось бы выпустить

literally 10 times the number of native mosquitos to work.

в 10 раз больше комаров, чем уже есть в природе, чтобы это удалось.

So in a village with 10,000 mosquitos,

И если в деревне живёт 10 000 комаров,

you release an extra 100,000.

нужно выпустить ещё 100 000.

As you might guess,

Можно себе представить,

this was not a very popular strategy with the villagers.

что жителям деревни такая стратегия пришлась не по вкусу.

(Laughter)

(Смех)

Then, last January, Anthony James got an email

И вот в январе прошлого года Энтони Джеймс получил email

from a biologist named Ethan Bier.

от биолога по имени Итан Бир.

Bier said that he and his grad student Valentino Gantz

Бир сообщил, что он и его аспирант Валентино Ганц

had stumbled on a tool that could not only guarantee

обнаружили механизм, который гарантирует не только

that a particular genetic trait would be inherited,

наследование отдельного генетического признака,

but that it would spread incredibly quickly.

но и его невероятно быстрое распространение.

If they were right, it would basically solve the problem

Если они были правы, это решило бы задачу,

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

над которой он и Джеймс работали в течение 20 лет.

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

Для проверки они ввели в геном двух комаров противомалярийный ген,

and also this new tool, a gene drive,

а также новый механизм — генный драйв,

which I'll explain in a minute.

который я объясню чуть позже.

Finally, they set it up so that any mosquitos

И вдобавок они сделали так, чтобы у любого комара,

that had inherited the anti-malaria gene

унаследовавшего противомалярийный ген,

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

были не белые глаза, как обычно, а красные глаза.

That was pretty much just for convenience

Это было сделано просто для удобства,

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

чтобы с первого взгляда можно было их отличать.

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

Этих двух противомалярийных комаров с красными глазами

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

поместили в бокс с 30-ю обычными белоглазыми особями

and let them breed.

и оставили размножаться.

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

Два поколения спустя у них появилось 3 800 внуков.

That is not the surprising part.

Но удивительно не это.

This is the surprising part:

Удивительно вот что:

given that you started with just two red-eyed mosquitos

начав только с двумя комарами с красными глазами

and 30 white-eyed ones,

и 30 комарами с белыми,

you expect mostly white-eyed descendants.

ожидаешь в основном белоглазое потомство.

Instead, when James opened the box,

Но когда Джеймс открыл бокс,

all 3,800 mosquitos had red eyes.

все 3 800 комаров оказались красноглазыми.

When I asked Ethan Bier about this moment,

Когда я спросила об этом Итана Бира,

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

от волнения он начал практически кричать в трубку.

That's because getting only red-eyed mosquitos

Потому что комары только с красными глазами

violates a rule that is the absolute cornerstone of biology,

нарушают основу основ биологии —

Mendelian genetics.

менделевскую генетику.

I'll keep this quick,

Объясню вкратце:

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

согласно менделевской генетике, при спаривании самца и самки

their baby inherits half of its DNA from each parent.

детёныш наследует половину ДНК от каждого из родителей.

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

Если обычный комар имеет генотип aa, а новый комар — aB,

where B is the anti-malarial gene,

где B — противомалярийный ген,

the babies should come out in four permutations:

то у потомства должны быть четыре сочетания:

aa, aB, aa, Ba.

aa, aB, aa, Ba.

Instead, with the new gene drive,

Но из-за нового генного драйва

they all came out aB.

у всех оказался генотип aB.

Biologically, that shouldn't even be possible.

С точки зрения биологии, такое вообще невозможно.

So what happened?

Так в чём же дело?

The first thing that happened

Во-первых, это объясняется

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

появлением инструмента редактирования генов CRISPR в 2012 году.

Many of you have probably heard about CRISPR,

Многие из вас, вероятно, слышали о CRISPR,

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

поэтому скажу вкратце, что CRISPR — инструмент, позволяющий учёным

to edit genes very precisely, easily and quickly.

редактировать гены очень точно, легко и быстро.

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

Это достигается использованием механизма, уже существовавшего у бактерий.

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

В основе — белок, действующий как ножницы

and cuts the DNA,

и разрезающий ДНК,

and there's an RNA molecule that directs the scissors

а также молекула РНК, направляющая ножницы

to any point on the genome you want.

в любую нужную вам точку генома.

The result is basically a word processor for genes.

Получается своего рода текстовый редактор для генов.

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

Можно изъять целый ген, добавить ген

or even edit just a single letter within a gene.

или отредактировать всего одну букву внутри гена.

And you can do it in nearly any species.

И сделать это можно почти с любым видом.

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

Помните, я говорила, что с генным драйвом возникли две трудности?

The first was that it was hard to engineer a mosquito

Во-первых, было сложно создать комара,

to be malaria-resistant.

устойчивого к малярии.

That's basically gone now, thanks to CRISPR.

Это уже в прошлом благодаря CRISPR.

But the other problem was logistical.

Другая трудность касалась логистики.

How do you get your trait to spread?

Как же распространить нужный признак?

This is where it gets clever.

Вот здесь требуется ловкость.

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

Пару лет назад биолог из Гарварда по имени Кевин Эсвельт

wondered what would happen

заинтересовался, что будет,

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

если сделать так, чтобы CRISPR вносил не только новый ген,

but also the machinery that does the cutting and pasting.

но и весь механизм, осуществляющий вырезание и вставку.

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

Иными словами, чтобы CRISPR копировал и вставлял сам себя.

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

Тогда получится вечный двигатель для редактирования генов.

And that's exactly what happened.

Именно так всё и случилось.

This CRISPR gene drive that Esvelt created

Генный драйв CRISPR, созданный Эсвельтом,

not only guarantees that a trait will get passed on,

не только гарантирует передачу признака потомству,

but if it's used in the germline cells,

но и, оказавшись в гаметоцитах,

it will automatically copy and paste your new gene

автоматически копирует и вставляет новый ген

into both chromosomes of every single individual.

в обе хромосомы каждой отдельной особи.

It's like a global search and replace,

Это как функция «найти и заменить»,

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

в научном смысле — переход гетерозиготного признака в гомозиготный.

So, what does this mean?

Что же это значит?

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

Для начала — что у нас теперь есть очень мощный

but also somewhat alarming new tool.

и при этом немного пугающий инструмент.

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

До сих пор то, что генный драйв не был применим на практике,

was actually kind of a relief.

в некотором роде успокаивало.

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

Как правило, изменяя гены в организме,

we make that thing less evolutionarily fit.

мы делаем его менее эволюционно пригодным.

So biologists can make all the mutant fruit flies they want

И биологи могут создавать сколько угодно дрозофил-мутантов,

without worrying about it.

ни о чём не беспокоясь.

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

С теми, кто случайно улетит, разберётся естественный отбор.

What's remarkable and powerful and frightening about gene drives

Нас в генном драйве одновременно впечатляет и пугает именно то,

is that that will no longer be true.

что теперь всё будет обстоять иначе.

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

Если новый признак не станет серьёзной помехой с точки зрения эволюции —

like a mosquito that can't fly,

например, комар не сможет летать,

the CRISPR-based gene drive will spread the change relentlessly

генный драйв на базе CRISPR будет беспрерывно распространять его,

until it is in every single individual in the population.

пока он не передастся каждой особи в популяции.

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

Совсем непросто создать так хорошо работающий генный драйв,

but James and Esvelt think that we can.

но Джеймс и Эсвельт считают, что возможно.

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

К счастью, это откроет перед нами некоторые удивительные возможности.

If you put an anti-malarial gene drive

Если противомалярийный генный драйв

in just 1 percent of Anopheles mosquitoes,

будет лишь у 1% комаров рода Anopheles —

the species that transmits malaria,

тех самых, что переносят малярию,

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

он, по мнению учёных, распространится во всей популяции за год.

So in a year, you could virtually eliminate malaria.

То есть за год можно, в сущности, искоренить малярию.

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

На практике это станет возможным лишь через несколько лет,

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

но всё же: 1 000 детей в день умирает от малярии.

In a year, that number could be almost zero.

За год эту цифру можно снизить почти до нуля.

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

То же касается лихорадки денге, чикунгуньи, жёлтой лихорадки.

And it gets better.

И это ещё не всё.

Say you want to get rid of an invasive species,

Допустим, вы хотите избавиться от инвазивного вида —

like get Asian carp out of the Great Lakes.

выставить азиатского карпа из Великих озёр.

All you have to do is release a gene drive

Нужно лишь выпустить такой генный драйв,

that makes the fish produce only male offspring.

чтобы в потомстве у рыб появлялись одни самцы.

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

Несколько поколений спустя не останется самок, и карпа не будет.

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

Теоретически мы сможем восстановить сотни аборигенных видов,

that have been pushed to the brink.

которые сейчас на грани вымирания.

OK, that's the good news,

Теперь от хороших новостей

this is the bad news.

перейдём к плохим.

Gene drives are so effective

Генный драйв настолько эффективен,

that even an accidental release could change an entire species,

что даже случайный выпуск может изменить целый вид,

and often very quickly.

зачастую очень быстро.

Anthony James took good precautions.

Энтони Джеймс принял меры безопасности:

He bred his mosquitos in a bio-containment lab

разводил комаров в лаборатории с биоизоляцией

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

и выбрал вид, неаборигенный для США,

so that even if some did escape,

чтобы случайно улетевшие особи

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

просто вымерли и им было бы не с кем спариваться.

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

Но если десяток азиатских карпов с генным драйвом самцов в потомстве

accidentally got carried from the Great Lakes back to Asia,

случайно уплывёт из Великих озёр обратно в Азию,

they could potentially wipe out the native Asian carp population.

есть шанс, что они сведут на нет аборигенную популяцию азиатского карпа.

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

И это вполне вероятный исход, учитывая, как тесен наш мир.

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

Поэтому, кстати, и возникла проблема инвазивных видов.

And that's fish.

И это только рыба.

Things like mosquitos and fruit flies,

А вот комаров и плодовых мушек

there's literally no way to contain them.

вообще невозможно сдержать.

They cross borders and oceans all the time.

Они пересекают границы и океаны постоянно.

OK, the other piece of bad news

Ещё одна плохая новость —

is that a gene drive might not stay confined

генный драйв может не остаться в рамках

to what we call the target species.

так называемого целевого вида.

That's because of gene flow,

В этом виноват перенос генов —

which is a fancy way of saying that neighboring species

так красиво называют ситуацию, в которой близкие виды

sometimes interbreed.

иногда скрещиваются.

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

При этом возникнет вероятность передачи генного драйва —

like Asian carp could infect some other kind of carp.

например, от азиатского карпа к другому виду карпа.

That's not so bad if your drive just promotes a trait, like eye color.

Ничего страшного, если драйв вносит такой признак, как цвет глаз.

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

Есть немалый шанс, что мы станем свидетелями

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

всплеска численности странных дрозофил совсем скоро.

But it could be a disaster

Но возможно непоправимое,

if your drive is deigned to eliminate the species entirely.

если драйв нацелен на полное истребление вида.

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

Тревожит и то, что технология, необходимая

to genetically engineer an organism and include a gene drive,

для генетического конструирования организма и добавления генного драйва,

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

доступна практически любой лаборатории в мире.

An undergraduate can do it.

Справится даже студент.

A talented high schooler with some equipment can do it.

Даже одарённый старшеклассник, у которого есть оборудование.

Now, I'm guessing that this sounds terrifying.

Должно быть, мои слова вас ужасают.

(Laughter)

(Смех)

Interestingly though, nearly every scientist I talk to

Тем не менее любопытно, что почти все мои собеседники-учёные

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

считают, что в генном драйве нет ничего страшного или опасного.

Partly because they believe that scientists will be

Отчасти из-за уверенности, что учёные будут

very cautious and responsible about using them.

очень осторожно и ответственно применять его.

(Laughter)

(Смех)

So far, that's been true.

Пока что так и есть.

But gene drives also have some actual limitations.

К тому же у генного драйва есть и свои ограничения.

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

Во-первых, он подходит только видам, размножающимся половым путём.

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

Так что, на наше счастье, с его помощью нельзя создать вирусы и бактерии.

Also, the trait spreads only with each successive generation.

Также признак распространяется только с каждым следующим поколением.

So changing or eliminating a population

Так что изменить или истребить популяцию

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

получится, только если у вида короткий репродуктивный цикл,

like insects or maybe small vertebrates like mice or fish.

как у насекомых или мелких позвоночных — мышей и рыб.

In elephants or people, it would take centuries

Но уйдут века, прежде чем среди слонов или людей

for a trait to spread widely enough to matter.

признак распространится достаточно широко.

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

И даже применяя CRISPR, не так-то легко создать по-настоящему губительный признак.

Say you wanted to make a fruit fly

Скажем, вы хотите создать дрозофилу,

that feeds on ordinary fruit instead of rotting fruit,

которая питалась бы свежими фруктами, а не гниющими,

with the aim of sabotaging American agriculture.

чтобы саботировать сельское хозяйство Америки.

First, you'd have to figure out

Для начала придётся выяснить,

which genes control what the fly wants to eat,

какие гены в ответе за то, что предпочитает есть мушка, —

which is already a very long and complicated project.

а этот процесс сам по себе долгий и сложный.

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

Потом нужно будет изменить эти гены, чтобы повлиять на её поведение

to whatever you'd want it to be,

в нужную вам сторону —

which is an even longer and more complicated project.

а это ещё более долгое и сложное предприятие.

And it might not even work,

И это может не сработать,

because the genes that control behavior are complex.

ведь гены, контролирующие поведение, сложны.

So if you're a terrorist and have to choose

Так что если вы террорист перед дилеммой:

between starting a grueling basic research program

приступить к утомительным научным исследованиям,

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

которые займут годы кропотливой работы и могут не дать результата,

or just blowing stuff up?

или устраивать взрывы —

You'll probably choose the later.

вы, скорее всего, выберете второе.

This is especially true because at least in theory,

Это вдвойне верно — ведь по крайней мере в теории

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

должно быть несложно создать так называемый реверсивный драйв,

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

который перезапишет те изменения, что внёс первый генный драйв.

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

Если вам не понравится результат изменений,

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

вы выпустите второй драйв, который их отменит —

at least in theory.

по крайне мере в теории.

OK, so where does this leave us?

Так что же это значит для нас?

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

Теперь мы способны изменять целые виды по своему усмотрению.

Should we?

Но стóит ли?

Are we gods now?

Мы теперь боги?

I'm not sure I'd say that.

В этом я не уверена.

But I would say this:

Но я знаю вот что:

first, some very smart people

во-первых, немало умных людей

are even now debating how to regulate gene drives.

и сейчас обсуждают, как регулировать генный драйв.

At the same time, some other very smart people

В то же время другие умные люди

are working hard to create safeguards,

заняты тем, что создают механизм защиты —

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

генный драйв, который саморегулируется или затухает за несколько поколений.

That's great.

Это здорово.

But this technology still requires a conversation.

Но эту технологию всё равно требуется обсуждать.

And given the nature of gene drives,

И, учитывая природу генного драйва,

that conversation has to be global.

обсуждать в мировом масштабе.

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

Что, если Кения захочет применить драйв, а Танзания нет?

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

Кто разрешит применение генного драйва, передающегося по воздуху?

I don't have the answer to that question.

Я не знаю ответа на этот вопрос.

All we can do going forward, I think,

Но в наших силах, продолжая исследования,

is talk honestly about the risks and benefits

правдиво говорить о рисках и преимуществах

and take responsibility for our choices.

и нести ответственность за свои решения.

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

Я имею в виду не только решение применить генный драйв,

but also the choice not to use one.

но и решение его не применять.

Humans have a tendency to assume that the safest option

Люди склонны полагать, что самый безопасный вариант —

is to preserve the status quo.

сохранять статус-кво.

But that's not always the case.

Но это не всегда так.

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

У генного драйва есть риски, и о них нужно говорить,

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

но малярия существует и убивает 1 000 человек в день.

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

Борясь с ней, мы распыляем пестициды, которые серьёзно вредят другим видам,

including amphibians and birds.

включая земноводных и птиц.

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

Так что когда вы в следующий раз услышите о генном драйве —

and trust me, you will be hearing about them,

а вы о нём услышите, поверьте мне, —

remember that.

вспомните об этом.

It can be frightening to act,

Действовать бывает страшно,

but sometimes, not acting is worse.

но бездействие порой гораздо хуже.

(Applause)

(Аплодисменты)