Modificare i geni oggi può cambiare un'intera specie -- per sempre

I CRISPR gene drive permettono agli scienziati di cambiare l'ordine del DNA e di garantire che il tratto genetico modificato venga ereditato dalle generazioni future, aprendo così la possibilità di modificare delle specie intere per sempre. Più di ogni altra cosa, questa tecnologia ci ha portato alcune domande: Questo nuovo potere, come colpirà l'umanità? Cosa cambieremo? Siamo diventati degli dei? Unitevi alla giornalista Jennifer Kahn mentre medita su queste domande e condivide un'applicazione potenzialmente potente dei gene drive: lo sviluppo di zanzare resistenti alla malaria che potrebbe eliminare la malaria e la Zika.

Questa è una conferenza
sui gene drives,

però, vorrei iniziare
raccontandovi una breve storia.

20 anni fa un biologo,
Anthony James,

fu catturato dall'idea
di creare delle zanzare

che non trasmettessero la malaria.

Fu una grande idea, ma anche
un completo fallimento.

Inanzitutto si rese conto
che era difficilissimo

creare una zanzara immune alla malaria.

James, però, ci riuscì, qualche anno fa,

aggiungendo alcuni geni grazie ai quali

il parassita non riusciva
a sopravvivere nella zanzara.

Ma da lì, nacque un altro problema.

Ora che si ha una zanzara
immune alla malaria,

come si fa a sostituire tutte le zanzare
portatrici di malaria?

Ci sono un paio di opzioni,

ma il piano A consisteva
nel far riprodurre

un numero di zanzare
geneticamente modificate,

e introdurle nell'ambiente,

sperando che trasmettessero i loro geni.

Il problema è che, per funzionare,

c'è bisogno di un numero di zanzare
10 volte superiore a quelle esistenti.

In un villaggio con 10.000 zanzare,

bisogna rilasciarne 100.000 in più.

Come potete immaginare,

ciò non riscosse successo
tra gli abitanti del villaggio.

(Risate)

Lo scorso gennaio, invece,
Anthony James ricevette un email

dal biologo Ethan Bier.

Bier e un suo studente,
il neolaureato Valentino Gantz,

si erano imbattuti in uno strumento
che non solo avrebbe garantito

la trasmissione di un determinato
tratto genetico,

ma anche la sua veloce diffusione.

Se avessero avuto ragione,
avrebbero risolto il problema

sul quale James stava lavorando
da circa 20 anni.

Come test, progettarono due zanzare
portatrici del gene anti-malaria

e anche questo nuovo strumento,
il "gene drive",

che vi spiegherò tra poco.

Infine, lo programmarono affinché
ogni zanzara

che avesse ereditato il gene anti-malaria

avrebbe avuto gli occhi rossi,
al posto dei classici occhi bianchi.

Lo fecero per comodità,

per poterle distinguere a colpo d'occhio.

Poi presero le loro zanzare
anti-malaria dagli occhi rossi

e le misero in una scatola,
con 30 normali dagli occhi bianchi,

affinché si riproducessero.

Dopo sole due generazioni, queste zanzare
ebbero 3.800 nipoti.

Ma non è questa la parte sorprendente.

La parte sorprendente è questa:

considerate di iniziare con sole
due zanzare dagli occhi rossi

e 30 dagli occhi bianchi.

Vi aspettereste perlopiù discendenti
dagli occhi bianchi.

Invece, quando James aprì la scatola,

tutte le 3.800 zanzare
avevano gli occhi rossi.

Quando gli chiesi
di raccontarmi questo momento

Ethan Bier era così esaltato
che iniziò a urlare al telefono.

Perché ottenere solo
zanzare dagli occhi rossi

vìola una legge che è la base
indiscussa della biologia,

la genetica Mendeliana.

Sarò breve,

ma questa legge dice che se
un maschio e una femmina

si accoppiano, il figlio eredita
metà del DNA da ognuno.

Quindi se una zanzara originale fosse aa
e una nostra nuova fosse aB,

dove B è il gene anti-malaria,

i figli dovrebbero risultare
di quattro permutazioni:

aa, aB, aa, Ba.

Invece, con il nuovo "gene drive",

sono tutti aB.

Biologicamente, dovrebbe
essere impossibile.

Quindi cosa è successo?

Per prima cosa

nel 2012 è arrivato un mezzo per
trasformare i geni detto CRISPR.

Probabilmente molti
ne hanno sentito parlare,

quindi dirò solo che CRISPR
è un mezzo che consente ai ricercatori

di modificare i geni con precisione,
facilità e velocità.

Ciò viene fatto sfruttando un meccanismo
che esiste già nei batteri.

In pratica, c'è una proteina
che si comporta come una forbice

e taglia il DNA,

e c'è una molecola di RNA che
dirige le forbici

su qualsiasi punto del genoma si voglia.

Il risultato è in sostanza
una videoscrittura per i geni.

Si può togliere un intero gene,
metterne dentro uno,

o anche modificare una sola lettera
in un gene.

Questo si può fare per quasi ogni specie.

OK, vi ricordate quando ho detto che in
origine i gene drive avevano due problemi?

Il primo era che è difficile
rendere una zanzara

immune alla malaria.

Questo è stato risolto,
grazie al CRISPR.

Ma l'altro problema era logistico.

Come si fa a diffondere un tratto?

Ora si fa interessante.

Un po' di anni fa, un biologo a Harvard
chiamato Kevin Esvelt

si chiese cosa succederebbe

se il CRISPR venisse inserito non solo
in un nuovo gene

ma anche nel macchinario che
copia e incolla.

In altre parole, cosa succederebbe se
CRISPR potesse copiarsi e incollarsi.

Si otterrebbe un macchinario dal moto
perpetuo per modificare geni.

E questo è quello che accadde.

Il gene drive CRISPR che Esvelt creò

non solo garantisce che un tratto
venga ereditato,

ma se viene usato in cellule germinali,

copierà e incollerà il nuovo gene
automaticamente

in entrambi i cromosomi di ogni individuo.

È come un trova e sostituisci globale,

o in termini scientifici, trasforma un
tratto eterozigote in omozigote.

Quindi, cosa vuol dire?

Per iniziare, significa che abbiamo
un mezzo molto potente,

ma anche piuttosto allarmante.

Finora, il fatto che i gene drive
non abbiano funzionato bene

è stato un sollievo.

Normalmente quando giochiamo
con i geni di un organismo,

lo rendiamo meno adatto all'evoluzione.

Così i biologi possono fare

quante mosche della frutta mutanti
vogliono senza preoccuparsi.

Se qualcuna scappa, la selezione naturale
se ne prenderà cura.

Ciò che è sorprendente e potente e
spaventoso dei gene drive

è che questo non sarà più vero.

Presumendo che il tratto non abbia
un grande handicap evolutivo,

come una zanzara che non vola,

un gene drive basato sul CRISPR
diffonderà il tratto incessantemente

finchè non si troverà in ogni individuo
della popolazione.

Ora, creare un gene drive
che funzioni bene non è facile,

ma James ed Esvelt pensano
che sia possibile.

La buona notizia è che ciò apre la porta
a delle cose straordinarie.

Se un qualsiasi gene drive anti-malaria

venisse inserito nell'1%
di zanzare anofele,

la specie che trasmette la malaria,

i ricercatori stimano che si diffonderebbe
nell'intera popolazione in un anno.

Quindi in un anno, si potrebbe
eliminare la malaria.

In pratica, ci vuole ancora
qualche anno per poterlo fare,

ma comunque, 1.000 bambini
ogni giorno muoiono di malaria.

In un anno, quel numero potrebbe
diventare quasi 0.

Lo stesso vale per la dengue,
la chikungunya e la febbre gialla.

E non solo.

Se si volesse eliminare una
specie invasiva,

come eliminare la carpa asiatica
dai Great Lakes.

Tutto ciò che si dovrebbe fare
sarebbe inserire

il gene drive che fa avere ai pesci
solo figli maschi.

In poche generazioni, non ci sarebbero
più femmine, quindi neanche carpe.

In teoria, ciò significa che potremmo
ripopolare centinaia di specie

che sono a rischio.

OK, questa è la buona notizia,

ora viene la cattiva.

I gene drive sono così efficaci

che anche un rilascio accidentale
potrebbe cambiare una specie intera,

e spesso molto velocemente.

Anthony James prese buone precauzioni.

Allevò-le zanzare in un laboratorio
di bio contenimento

e usò anche specie non autoctone,

cosicchè se qualcuna scappasse

morirebbe, poiché
non si potrebbe accoppiare.

Ma è anche vero che se una dozzina di
carpe asiatiche con i gene drive maschili

fossero accidentalmente portate dai
Great Lakes in Asia,

potrebbero spazzare via l'intera
popolazione di carpe asiatiche.

E questo non è improbabile,
visto come è connesso il mondo.

È per questo che abbiamo
un problema di specie invasive.

E questi sono solo pesci.

Cose come zanzare e mosche della frutta,

non c'è alcun modo per contenerle.

Attraversano confini e oceani
tutto il tempo.

Ora, l'altra cattiva notizia

è che il gene drive può
non rimanere confinato

in quella che chiamiamo
specie bersaglio.

Accade a causa del flusso genico,

che è un modo carino di dire
che le specie limitrofe

talvolta si incrociano.

Se ciò avviene, è possibile che un
gene drive venga scambiato,

così dalla carpa asiatica
a un altro tipo di carpa.

Non è così male se il gene drive promuove
un tratto, come il colore degli occhi.

C'è una discreta possibilità
che vedremo

delle strane mosche della frutta
in futuro.

Ma potrebbe essere un disastro

se il drive fosse mirato ad eliminare
un'intera specie.

L'ultima cosa preoccupante è
che la tecnologia lo faccia:

manipolare geneticamente un organismo
e introdurre un gene drive

è qualcosa che praticamente
qualsiasi laboratorio al mondo può fare.

Uno studente universitario lo può fare.

Un liceale con talento e materiali
può farlo.

Ora, immagino che
questo suoni spaventoso.

(Risate)

La cosa interessante è che
quasi ogni scienziato a cui parlo

pensa che i gene drive non siano
così spaventosi o pericolosi.

In parte perchè pensano
che gli scienziati saranno

molto cauti e responsabili nel usarli.

(Risate)

Finora, è stato così.

Ma i gene drive hanno anche dei limiti.

Per prima cosa, funzionano solo in specie
che si riproducono sessualmente.

Per fortuna, non possono essere usati
per manipolare virus o batteri.

E il tratto si diffonde solo con
ogni generazione successiva.

Quindi cambiare o eliminare
una poplazione

è pratico solo se la specie
ha un ciclo riproduttivo veloce,

come gli insetti o dei piccoli
vertebrati come topi o pesci.

Negli elefanti o le persone,
ci vorebbero secoli

per diffondere un tratto
in maniera rilevante.

E anche usando un CRISPR, non è facile
costruire un tratto devastante.

Diciamo che volete creare una mosca

che si ciba di frutta normale e non
di frutta marcia,

con lo scopo di sabotare
l'agricoltura Americana.

Per prima cosa, dovreste capire

quale gene controlla
quello che la mosca vuole mangiare,

che è già un progetto
lungo e complicato.

Poi dovreste cambiare quei geni
per cambiare il suo comportamento

in qualsiasi cosa vogliate,

che è un progetto ancora
più lungo e complicato.

E potrebbe non funzionare,

perché i geni che controllano
il comportamento sono complessi.

Quindi se siete un terrorista
e dovete scegliere

tra cominciare una ricerca faticosa

che richiederà anni di lavoro
e potrebbe non avere alcuna utilità,

o far esplodere cose?

Probabilmente scegliereste l'ultima.

Ciò è particolarmente vero
perché almeno in teoria,

costruire un drive reversibile
dovrebbe essere facile.

Questo in pratica sovrascrive
il cambiamento del primo gene drive.

Quindi se non vi piacesse
il cambiamento,

potreste rilasciare un secondo drive
per cancellarlo,

almeno in teoria.

OK, quindi in che situazione siamo?

Abbiamo l'abilità di cambiare
un intera specie a piacimento.

Dovremmo farlo?

Siamo dei ora?

Non lo direi.

Ma dirò questo:

primo, alcune persone molto intelligenti

stanno dibattendo
come regolare i gene drive.

Allo stesso tempo,
delle altre persone intelligenti

stanno lavorando sodo
per creare delle tutele,

come dei gene drive che regolano se stessi
o scompaiono dopo alcune generazioni.

Fantastico.

Ma questa tecnologia richiede
un confronto.

E, data la natura dei gene drive,

questo confronto deve essere globale.

E se il Kenya decidesse di usarli
ma la Tanzania no?

Chi decide se rilasciare
un gene drive che può volare?

Non ho la risposta a questa domanda.

Tutto ciò che possiamo fare, credo,

è parlare onestamente
dei rischi e dei benifici

e prenderci la responsabilità
delle nostre scelte.

Intendo dire, non solo la scelta
di usare un gene drive,

ma anche la scelta di non usarlo.

Gli esseri umani hanno la tendenza
di presumere che l'opzione più sicura

è preservare lo status quo.

Ma non è sempre così.

I gene drive hanno rischi,
e devono essere discussi,

ma la malaria esiste oggi
e uccide 1.000 persone al giorno.

Per combatterla, spruzziamo pesticidi
che danneggiano altre specie,

come gli anfibi e gli uccelli.

Quindi quando sentirete parlare
dei gene drive nei mesi futuri,

e credetemi,
ne sentirete parlare,

ricordatevelo.

Fare qualcosa può essere spaventoso,

ma talvolta, far niente è peggio.

(Applausi)