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

Translator: Lucia Lichá Reviewer: Alena Tenzerova

So this is a talk about gene drives,

Budem hovoriť o genetických nástrojoch, tzv. gene drives,

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

ale najprv vám poviem krátky príbeh.

20 years ago, a biologist named Anthony James

Pred 20 rokmi bol biológ Anthony James priam posadnutý myšlienkou,

got obsessed with the idea of making mosquitos

že vytvorí komáre, ktoré nebudú prenášať maláriu.

that didn't transmit malaria.

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

Bol to úžasný nápad, ktorý v podstate skončil fiaskom.

For one thing, it turned out to be really hard

Ako prvé sa ukázalo, že vytvoriť komára s rezistenciou na maláriu bolo ťažké.

to make a malaria-resistant mosquito.

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

Jamesovi sa to napokon pred pár rokmi podarilo tak,

by adding some genes that make it impossible

že do genómu pridal gény spôsobujúce,

že parazit malárie nedokázal v komárovi prežiť.

for the malaria parasite to survive inside the mosquito.

But that just created another problem.

Hneď však vznikol druhý problém.

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

Keď už máte komára s rezistenciou na maláriu,

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

ako dosiahnete, aby nahradil všetky komáre, ktoré ju prenášajú?

There are a couple options,

Existuje pár možností,

but plan A was basically to breed up

ale plán A bol vyšľachtiť skupinu nových geneticky modifikovaných komárov,

a bunch of the new genetically-engineered mosquitos

release them into the wild

vypustiť ich do prírody a dúfať, že predajú svoje gény budúcim generáciám.

and hope that they pass on their genes.

The problem was that you'd have to release

Na to, aby tento plán uspel,

literally 10 times the number of native mosquitos to work.

by však ich počet musel desaťnásobne presahovať počet voľne žijúcich komárov.

So in a village with 10,000 mosquitos,

Takže v dedine s 10 000 komármi, by ste museli vypustiť ďalších 100 000.

you release an extra 100,000.

As you might guess,

Asi uhádnete, že táto stratégia nebola u miestnych veľmi obľúbená.

this was not a very popular strategy with the villagers.

(Laughter)

(smiech)

Then, last January, Anthony James got an email

Minulý rok v januári dostal Anthony James mail od biológa Ethana Biera.

from a biologist named Ethan Bier.

Bier said that he and his grad student Valentino Gantz

Bier mu písal, že spolu so študentom Valentinom Gantzom našli nástroj,

had stumbled on a tool that could not only guarantee

ktorý by nielenže zaručil zdedenie určitého genetického znaku,

that a particular genetic trait would be inherited,

but that it would spread incredibly quickly.

ale aj to, aby sa neuveriteľne rýchlo rozšíril.

If they were right, it would basically solve the problem

Ak by mali pravdu, vyriešili by problém, na ktorom James pracoval už 20 rokov.

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

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

Otestovali to tak, že vytvorili 2 komáre, ktoré niesli gén rezistencie na maláriu

and also this new tool, a gene drive,

a zároveň použili nový nástroj, o ktorom vám o chvíľu poviem viac.

which I'll explain in a minute.

Finally, they set it up so that any mosquitos

Nakoniec sa postarali o to, aby všetky komáre, ktoré zdedia gén proti malárii,

that had inherited the anti-malaria gene

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

nemali obyčajné biele oči, ale aby ich mali červené.

That was pretty much just for convenience

To, aby bolo už na prvý pohľad ľahké povedať, ktorý komár je ktorý.

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

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

2 červenooké komáre neprenášajúce maláriu

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

zavreli do nádoby s 30 obyčajnými bielookými komármi,

and let them breed.

aby sa množili.

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

Za dve generácie mali 3 800 vnúčeniec.

That is not the surprising part.

To nebolo prekvapujúce.

This is the surprising part:

Prekvapujúce bolo,

given that you started with just two red-eyed mosquitos

že keďže ste začali s 2 červenookými a 30 bielookými komármi,

and 30 white-eyed ones,

you expect mostly white-eyed descendants.

očakávali by ste väčšinou bielookých potomkov.

Instead, when James opened the box,

Namiesto toho, ako James zistil, keď otvoril nádobu,

all 3,800 mosquitos had red eyes.

malo všetkých 3 800 komárov červené oči.

When I asked Ethan Bier about this moment,

Keď som sa ho na to opýtala, od nadšenia začal kričať do telefónu.

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

That's because getting only red-eyed mosquitos

To, že všetky komáre mali červené oči,

violates a rule that is the absolute cornerstone of biology,

totiž úplne porušilo základné pravidlo v biológii – mendelistickú dedičnosť.

Mendelian genetics.

I'll keep this quick,

Rýchlo to vysvetlím.

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

Podľa mendelistickej dedičnosti zdedí po párení samca a samičky ich potomok

their baby inherits half of its DNA from each parent.

od každého rodiča polovicu DNA.

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

Takže ak by nemodifikovaný komár bol aa a modifikovaný bol aB,

where B is the anti-malarial gene,

kde B je gén rezistencie,

ich potomkovia mali existovať v štyroch permutáciách: aa, aB, aa, Ba.

the babies should come out in four permutations:

aa, aB, aa, Ba.

Instead, with the new gene drive,

Namiesto toho boli všetky komáre vďaka novej technológii aB.

they all came out aB.

Biologically, that shouldn't even be possible.

Z biologického hľadiska by to nemalo byť možné.

So what happened?

Čo sa teda stalo?

The first thing that happened

To prvé bol objav nástroja na editáciu génov známeho ako CRISPR v roku 2012.

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

Many of you have probably heard about CRISPR,

Mnohí z vás už o ňom asi počuli, takže len v krátkosti poviem,

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

že CRISPR umožňuje vedcom veľmi precízne, jednoducho a rýchlo editovať gény.

to edit genes very precisely, easily and quickly.

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

Využíva na to mechanizmus, ktorý prirodzene existuje v baktériách.

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

Ide o systém zložený z proteínu fungujúceho ako nožnice strihajúce DNA,

and cuts the DNA,

a z molekuly RNA, ktorá ich namieri na akékoľvek žiadané miesto v genóme.

and there's an RNA molecule that directs the scissors

to any point on the genome you want.

Výsledkom je akýsi textový editor pre gény.

The result is basically a word processor for genes.

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

Dá sa použiť na odstránenie génu, vloženie génu

or even edit just a single letter within a gene.

alebo zmenu jedného písmena v rámci génu.

And you can do it in nearly any species.

Dá sa použiť pri takmer všetkých živočíšnych druhoch.

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

Spomínate si, že Jamesova technológia mala pôvodne dva problémy?

The first was that it was hard to engineer a mosquito

Po prvé, bolo ťažké vytvoriť komára s rezistenciou na maláriu.

to be malaria-resistant.

That's basically gone now, thanks to CRISPR.

Vďaka CRISPR to už vlastne nie je problém.

But the other problem was logistical.

Druhý problém sa týkal logistiky.

How do you get your trait to spread?

Ako rozšíriť želaný znak v populácii?

This is where it gets clever.

Tu prišiel dômyselný nápad.

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

Pred pár rokmi uvažoval harvardský biológ Kevin Esvelt o tom, čo by sa stalo,

wondered what would happen

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

keby CRISPR nevnášal len nový gén,

but also the machinery that does the cutting and pasting.

ale aj nástroj na štiepenie a vkladanie.

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

Inými slovami, čo by sa stalo, keby CRISPR sám seba kopíroval a vkladal.

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

Dostali by ste perpetum mobile na úpravu génov.

And that's exactly what happened.

A presne to sa aj stalo.

This CRISPR gene drive that Esvelt created

Esvelt upravil CRISPR tak, aby nielenže zaručil dedičnosť určitých génov,

not only guarantees that a trait will get passed on,

ale pri použití v zárodočných bunkách automaticky kopíroval a vkladal nový gén

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.

do oboch chromozómov každého jednotlivca.

It's like a global search and replace,

Je to ako globálna funkcia „hľadať a nahradiť“,

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

alebo odborne povedané z heterozygotného jedinca sa stáva homozygotný.

So, what does this mean?

Čo z tohto vyplýva?

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

Okrem iného to, že máme nový veľmi výkonný,

but also somewhat alarming new tool.

ale aj dosť znepokojujúci, genetický nástroj.

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

Dosiaľ nám tak trochu odľahlo pri počutí, že takéto niečo veľmi dobre nefungovalo.

was actually kind of a relief.

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

Keď sa babreme v génoch nejakého organizmu,

zvyčajne zhoršíme jeho šancu na evolúciu.

we make that thing less evolutionarily fit.

So biologists can make all the mutant fruit flies they want

Biológovia si pokojne môžu vyrobiť toľko zmutovaných mušiek, koľko len chcú.

without worrying about it.

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

Ak niektoré uniknú, postará sa o ne prirodzený výber.

What's remarkable and powerful and frightening about gene drives

Táto nová technológia je výnimočná, výkonná a znepokojivá preto,

is that that will no longer be true.

že v jej prípade to už neplatí.

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

Za predpokladu, že vaša zmena nepovedie k veľkej evolučnej nevýhode,

like a mosquito that can't fly,

napríklad, pri komároch k strate schopnosti lietať,

the CRISPR-based gene drive will spread the change relentlessly

bude táto technológia zmenu nekompromisne rozširovať,

until it is in every single individual in the population.

až kým nebude v každom jednotlivcovi určitej populácie.

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

Vytvoriť dobre fungujúci genetický nástroj nie je ľahké,

but James and Esvelt think that we can.

ale James a Esvelt si myslia, že je to možné.

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

Dobrou správou je, že nám to otvára dvere k niekoľkým pozoruhodnostiam.

If you put an anti-malarial gene drive

Ak by ste modifikovali čo i len 1 % komárov rodu anopheles,

in just 1 percent of Anopheles mosquitoes,

the species that transmits malaria,

ktoré prenášajú maláriu,

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

výskumníci odhadujú, že táto zmena by sa do roka rozšírila v celej populácii.

So in a year, you could virtually eliminate malaria.

Takže do roka by ste mohli prakticky eliminovať maláriu.

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

V praxi nám bude trvať ešte pár rokov, kým to dokážeme,

ale nezabúdajme, že denne zomrie na maláriu 1000 detí.

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

In a year, that number could be almost zero.

Do roka by to číslo mohlo byť rovné 0.

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

Plati to aj pre horúčku dengue, ochorenie chikungunya a žltú zimnicu.

And it gets better.

To lepšie ešte len príde.

Say you want to get rid of an invasive species,

Povedzme, že sa chcete zbaviť invázneho druhu,

like get Asian carp out of the Great Lakes.

napríklad ázijského kapra vo Veľkých kanadských jazerách.

All you have to do is release a gene drive

Stačí urobiť len to, že ich geneticky modifikujete tak, aby plodili len samce.

that makes the fish produce only male offspring.

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

Stačí pár generácií a nebudú už žiadne samičky, čo znamená koniec kaprov.

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

Teoreticky by sme mohli obnoviť stovky pôvodných druhov,

that have been pushed to the brink.

ktoré boli vytlačené na pokraj.

OK, that's the good news,

Tak to boli dobré správy.

this is the bad news.

Teraz prídu tie zlé.

Gene drives are so effective

Táto technológia je taká efektívna,

že dokonca aj náhodný únik modifikovaného jedinca by mohol zmeniť celý druh

that even an accidental release could change an entire species,

and often very quickly.

a často veľmi rýchlo.

Anthony James took good precautions.

James urobil dobré preventívne opatrenia.

He bred his mosquitos in a bio-containment lab

Komáre choval v zabezpečenom laboratóriu a použil druh, ktorý nepochádzal z USA,

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

takže keby komáre unikli, proste by vymreli, pretože by sa nemali s kým páriť.

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

Pravdou je však aj to, že ak by sa tucet modifikovaných ázijských kaprov

accidentally got carried from the Great Lakes back to Asia,

náhodou dostal z Veľkých kanadských jazier späť do Ázie,

they could potentially wipe out the native Asian carp population.

mohli by potenciálne vyhubiť celú domácu populáciu ázijských kaprov.

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

Náš svet je taký prepojený, že to nie je nepravdepodobné.

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

Pre tú prepojenosť máme problémy s inváznymi druhmi.

And that's fish.

A to ide o ryby.

Things like mosquitos and fruit flies,

Pri komároch a ovocných muškách sa nedá zabrániť ich šíreniu.

there's literally no way to contain them.

Neustále prechádzajú cez hranice a oceány.

They cross borders and oceans all the time.

OK, the other piece of bad news

Druhá zlá správa je,

is that a gene drive might not stay confined

že táto technológia nemusí zostať obmedzená len na takzvaný cieľový druh.

to what we call the target species.

That's because of gene flow,

Dôvodom je génový tok,

which is a fancy way of saying that neighboring species

čo je nóbl spôsob, ako povedať, že susediace druhy sa niekedy krížia.

sometimes interbreed.

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

Takto by sa medzi druhmi mohli predať aj modifikované gény

a ázijský kapor by mohol infikovať iný druh kapra.

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.

Nebolo by to také zlé, ak by išlo o znak ako je napríklad farba očí.

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

Je tu vlastne dosť dobrá šanca,

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

že v blízkej budúcnosti budeme vidieť vlnu veľmi zvláštnych ovocných mušiek.

But it could be a disaster

Ak by však vaša modifikácia mala za úlohu vyhubiť celý druh, bola by to katastrofa.

if your drive is deigned to eliminate the species entirely.

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

Posledná znepokojujúca vec na tejto technológii,

to genetically engineer an organism and include a gene drive,

na takomto spôsobe genetickej modifikácie organizmu, je to,

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

že ju dokáže urobiť v podstate ktorékoľvek laboratórium na svete.

An undergraduate can do it.

Dokáže to vysokoškolák.

A talented high schooler with some equipment can do it.

Dokáže to talentovaný stredoškolák so správnym laboratórnym vybavením.

Now, I'm guessing that this sounds terrifying.

Predpokladám, že to znie desivo.

(Laughter)

(smiech)

Interestingly though, nearly every scientist I talk to

Skoro žiadny z vedcov, s ktorými som sa rozprávala,

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

nepovažoval túto technológiu za až takú hrozivú alebo nebezpečnú.

Partly because they believe that scientists will be

Sčasti preto, že verili,

že vedci budú k jej využitiu pristupovať veľmi opatrne a zodpovedne.

very cautious and responsible about using them.

(smiech)

(Laughter)

So far, that's been true.

Zatiaľ majú pravdu.

But gene drives also have some actual limitations.

Táto technológia má však aj skutočné obmedzenia.

Okrem iného funguje len pri druhoch, ktoré sa rozmnožujú sexuálne.

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

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

Vďakabohu ju nemôžeme použiť pri modifikácii vírusov a baktérií.

Also, the trait spreads only with each successive generation.

Modifikácia sa navyše rozširuje len s každou ďalšou generáciou.

So changing or eliminating a population

Zmena alebo vyhubenie nejakej populácie sú praktické,

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

iba ak má príslušný druh rýchly reprodukčný cyklus,

like insects or maybe small vertebrates like mice or fish.

ako ho má hmyz alebo malé stavovce ako myši alebo ryby.

In elephants or people, it would take centuries

Pri slonoch a ľuďoch by trvalo storočia, kým by sa znak dostatočne rozšíril.

for a trait to spread widely enough to matter.

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

Okrem toho ani s CRISPR nie je jednoduché vytvoriť skutočne zničujúcu modifikáciu.

Say you wanted to make a fruit fly

Možno by ste chceli vytvoriť ovocnú mušku živiacu sa čerstvým ovocím

that feeds on ordinary fruit instead of rotting fruit,

with the aim of sabotaging American agriculture.

s cieľom sabotovať americké poľnohospodárstvo.

Ako prvé by ste museli zistiť, ktoré gény ovládajú to, čím sa chce muška živiť,

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.

čo je veľmi dlhý a zložitý projekt.

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

Potom by ste ich museli zmeniť tak, aby sa muška správala tak, ako to chcete vy,

to whatever you'd want it to be,

which is an even longer and more complicated project.

čo je ešte dlhší a zložitejší projekt.

And it might not even work,

Navyše to možno nebude fungovať, pretože gény ovládajúce správanie sú komplexné.

because the genes that control behavior are complex.

So if you're a terrorist and have to choose

Čo by ste si ako terorista vybrali: namáhavý nákladný výskumom,

between starting a grueling basic research program

ktorý si vyžaduje roky pedantnej práce v laboratóriu s malou šancou na úspech,

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

alebo bombu?

or just blowing stuff up?

Asi by ste si vybrali bombu.

You'll probably choose the later.

This is especially true because at least in theory,

Je to pravda hlavne preto,

že teoreticky by malo byť dosť jednoduché vytvoriť modifikáciu s opačným účinkom.

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.

Tá by v podstate prepísala už vykonané zmeny.

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

Ak sa vám nepáčia následky vykonanej zmeny,

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

môžete teoreticky vytvoriť druhú modifikáciu, ktorá ich zruší.

at least in theory.

OK, so where does this leave us?

Dobre, takže ako sme na tom?

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

Máme schopnosť ľubovoľne zmeniť celý druh.

Mali by sme to spraviť?

Should we?

Are we gods now?

Sme teraz bohovia?

I'm not sure I'd say that.

To by som asi netvrdila.

But I would say this:

Povedala by som však toto:

first, some very smart people

po prvé, niektorí ľudia už teraz hovoria o tom, ako regulovať túto technológiu.

are even now debating how to regulate gene drives.

At the same time, some other very smart people

Zároveň sú tu ľudia, ktorí tvrdo pracujú na poistkách pre túto technológiu,

are working hard to create safeguards,

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

ako je samoregulácia alebo jej vytratenie po niekoľkých generáciách.

That's great.

To je skvelé.

But this technology still requires a conversation.

Je však potrebné o tejto technológii hovoriť.

And given the nature of gene drives,

Keď zoberieme do úvahy jej podstatu, musí ísť o celosvetovú diskusiu.

that conversation has to be global.

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

Čo ak by ju Keňa chcela použiť a Tanzánia nie?

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

Kto rozhodne o vypustení modifikovaného druhu, ktorý vie lietať?

I don't have the answer to that question.

Na to vám neviem odpovedať.

All we can do going forward, I think,

Myslím si, že to čo môžeme urobiť,

is talk honestly about the risks and benefits

je úprimne hovoriť o rizikách a výhodách tejto technológie

and take responsibility for our choices.

a byť zodpovední za naše rozhodnutia.

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

Tým myslím nielen rozhodnutie či ju použiť,

but also the choice not to use one.

ale aj rozhodnutie nepoužiť ju.

Humans have a tendency to assume that the safest option

Ľudia majú tendenciu predpokladať,

že to najbezpečnejšie je zachovať status quo.

is to preserve the status quo.

But that's not always the case.

To však nie je vždy pravda.

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

Táto technológia má svoje riziká, o ktorých sa musí hovoriť,

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

ale malária je aktuálny problém a denne zabije 1 000 ľudí.

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

Snažíme sa s ňou bojovať pesticídami,

ktoré závažne poškodzujú aj iné druhy, vrátane obojživelníkov a vtákov.

including amphibians and birds.

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

Keď budete počas nasledujúcich mesiacov počuť o tejto technológii,

and trust me, you will be hearing about them,

a verte mi, budete o nej počuť, pamätajte na toto.

remember that.

It can be frightening to act,

Môžeme sa báť niečo urobiť,

but sometimes, not acting is worse.

ale niekedy je horšie keď neurobíme nič.

(Applause)

(potlesk)