Редактирането на гени вече може да променя цели видове - завинаги

Базираните на CRISPR генетични пътища позволяват на учените да променят секвенции в молекулата на ДНК и да гарантират, че получената в резултат генетична черта ще бъде наследена от бъдещите поколения, отваряйки възможността за промяна на цели видове завинаги. Повече от всичко друго технологията е повдигнала много въпроси: Как тази нова сила ще промени човечеството? За промяната на какво ще я използваме? Богове ли сме станали? Присъединете се към журналиста Дженифър Кан, докато разсъждава по тези въпроси и разказва за потенциално преобръщащи света приложения на генетичните пътища: създаване на устойчиви на заразяване комари, което може да прекрати развитието на малария и зика.

Това е дискусия за генетични пътища,

но ще започна, като ви разкажа
една кратка история.

Преди двадесет години
биолог на име Антъни Джеймс

се обсеби от идеята да създаде комари,

които не пренасят малария.

Беше страхотна идея
и почти пълен провал.

Първо се оказа, че е наистина трудно

да се направи комар, устойчив на малария.

Джеймс в крайна сметка успя
само преди няколко години,

като добави някои гени,
които правят невъзможно

оцеляването в комара
на паразита на маларията.

Но това само създаде друг проблем.

Сега, след като имате комар,
устойчив на малария,

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

Има няколко варианта,

но план А в общи линии
включва развъждане

на няколко нови генно модифицирани комара,

пускане на комарите в природата

и стискане на палци да предадат гените си.

Проблемът беше, че ще трябва да пуснете

буквално 10 пъти повече комари
от естествено обитаващите средата.

Така че в едно село с 10 000 комара

трябва да пуснете допълнително 100 000.

Както можете да предположите,

това не беше особено харесвана
от селяните стратегия.

(Смях)

После, миналия януари
Антъни Джеймс получи мейл

от биолог на име Итън Биър.

Биър каза, че той
и студентът му Валентино Ганц

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

че определена генетична черта
ще бъде наследена,

но и че ще се разпространи
изключително бързо.

Ако излезеха прави,
това реално щеше да реши проблема,

върху който той и Джеймс
са работили 20 години.

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

както и новия инструмент - генетичен път,

който ще разясня след минута.

В крайна сметка го настроиха
така, че всеки комар,

който е наследил анти-маларийния ген,

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

Това беше основно за удобство,

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

И така, взеха своите два
анти-маларийни червенооки комара

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

за да се размножават.

След две поколения
бяха произвели 3800 внуци.

Това не е изненадващата част.

Това е изненадващата част:

имайки предвид, че започват
само с два червенооки комара

и тридесет белооки,

очакванията ви биха били
за преобладаващи белооки наследници.

Вместо това, когато Джеймс отвори кутията,

всичките 3800 комара имаха червени очи.

Когато попитах Итън Биър за този момент,

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

Това е защото получаването
на само червенооки комари

нарушава правило, което е
абсолютен закон в биологията,

Менделовата генетика.

Ще бъда кратка,

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

бебето им наследява половината
от своята ДНК от всеки родител.

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

където B е анти-маларийният ген,

бебетата би трябвало
да се родят в четири пермутации:

aa, aB, aa, Ba.

Вместо това, с помощта
на новия генетичен път,

всички се родиха в aB.

Биологично това не би трябвало
дори да е възможно.

Така че какво се случи?

Първото нещо, което се случи,

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

Много от вас вероятно са чували за CRISPR,

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

да редактират гените
много прецизно, лесно и бързо.

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

В основата си това е протеин,
който действа като ножици

и реже молекулата на ДНК,

като има РНК молекула,
която насочва ножиците

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

Резултатът на практика
е текстови редактор за гени.

Можете да изтривате
цял един ген, да добавяте ген

или дори да редактирате
само една буква в гена.

И можете да го правите
при почти всички видове организми.

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

Първият бе, че беше трудно
да се създаде комар,

който да е устойчив на малария.

Това реално е решено,
благодарение на CRISPR.

Но другият проблем беше логистичен.

Как да накараш твоята черта
да се разпространи?

Тук решението става гениално.

Преди няколко години биолог
от Харвард на име Кевин Есвелт

се зачуди какво би станало,

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

но и механизма, който извършва
рязането и поставянето.

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

Бихме получили непрекъснато работеща
машина за редактиране на гени.

И се случи именно това.

Този базиран на CRISPR генетичен път,
който Есвелт създаде,

не само гарантира,
че чертата ще бъде предадена,

но ако се ползва
в зародишната линия от клетки,

автоматично ще копира
и постави вашия нов ген

и в двете хромозоми
на всеки един нов индивид.

Той е като глобално търсене и заместване,

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

Е, какво значи това?

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

но и донякъде смущаващ, нов инструмент.

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

всъщност беше някакво облекчение.

Обикновено когато се намесваме
в гените на един организъм,

го правим по-малко еволюционно пригоден.

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

без да се притесняват от това.

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

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

е че това вече няма да е вярно.

Предполагайки, че чертата ви
няма голям еволюционен недостатък,

като комар, който не може да лети,

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

докато не я предаде на всеки един
индивид от популацията.

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

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

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

Ако поставите анти-малариен генетичен път

в само 1 процент от маларийните комари,

видът комари, който пренася малария,

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

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

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

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

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

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

И става все по-хубаво.

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

като например да премахнете
азиатския шаран от Големите езера.

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

който кара рибите
да имат само мъжко поколение.

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

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

застрашени от изчезване.

Добре, това са добрите новини,

ето ги лошите новини.

Генетичните пътища са така ефективни,

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

и често изключително бързо.

Антъни Джеймс е взел
добри предпазни мерки.

Развъдил е комарите си
в био-ограничена лаборатория

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

така че дори някои да избягат,

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

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

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

потенциално могат да изличат цялата
естествена популация от азиатски шарани.

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

Всъщност, точно затова
имаме проблем с инвазивни видове.

А тук говорим за риба.

Неща като комарите и мушиците винарки -

буквално няма начин да бъдат ограничени.

Те преминават през граници и океани
през цялото време.

Другата лоша новина е,

че един генетичен път
може да не остане ограничен

само в целевия вид организъм.

Причината е генетичният поток,

което е изискан начин
да кажем, че близки видове

понякога се размножават помежду си.

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

например азиатският шаран
да зарази с него друг вид шаран.

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

Всъщност има добър шанс да видим

цяла вълна от причудливи
мушици винарки в близко бъдеще.

Но може да настъпи катастрофа,

ако пътят ви е настроен
да елиминира напълно целия вид.

Последното тревожно нещо е,
че необходимата технология за това,

за генетичното модифициране на организъм
и добавянето на генетичен път,

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

Студент може да го направи.

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

Предполагам, че това звучи ужасяващо.

(Смях)

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

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

Отчасти защото вярват, че учените ще бъдат

много предпазливи и отговорни
при употребата им.

(Смях)

До момента това е било така.

Но генетичните пътища имат
и някои реални ограничения.

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

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

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

Така че промяната
или изличаването на популация

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

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

При слоновете или хората
би отнело векове

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

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

Да речем, че искате да създадете винарка,

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

с цел да саботирате
американското земеделие.

Първо, ще трябва да откриете

кои гени контролират
какво иска да яде мушицата,

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

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

до такова, каквото бихте искали да бъде,

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

И може и въобще да не сработи,

защото гените, контролиращи
поведението, са комплексни.

Така че, ако сте терорист
и трябва да избирате

между изтощителна базова
изследователска програма,

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

и взривяването на неща?

Вероятно ще изберете второто.

Това важи в голяма степен,
тъй като дори на теория

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

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

Така че, ако не харесвате
ефектите от направена промяна,

можете да вкарате втори път,
който да я отмени,

поне на теория.

Къде ни оставя всичко това?

Сега притежаваме способността
да променяме цели видове по наша воля.

А редно ли е да го правим?

Богове ли сме станали?

Не съм сигурна, че бих казала това.

Но ще кажа следното:

първо, някои много умни хора

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

В същото време някои други много умни хора

работят здраво за създаването
на предпазни мерки,

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

Това е страхотно.

Но тази технология все още
се налага да бъде дискутирана.

И познавайки естеството
на генетичните пътища,

тази дискусия трябва да бъде глобална.

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

Кой решава дали да пусне
генетичен път на свобода?

Нямам отговор на този въпрос.

Всичко, което можем
да направим занапред, мисля,

е да говорим открито
за рисковете и ползите,

и да поемем отговорност
за изборите, които правим.

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

но и избора да не ползваме такъв.

Хората имат склонността да вярват,
че най-безопасният избор

е да се запази статуквото.

Но това невинаги е така.

Генетичните пътища носят рискове
и те трябва да бъдат дискутирани,

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

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

включително земноводни и птици.

Kогато чуете за генетични пътища
през следващите няколко месеца,

и повярвайте ми, ще чувате за тях,

запомнете това.

Действието може да ни ужасява,

но понякога бездействието е по-лошо.

(Ръкопляскане)