Genmodifiering kan nu förändra en hel art - för alltid

Drivande gener med CRISPR, möjliggör det för forskare att förändra DNA-sekvenser och garantera att den nya genetiska egenskapen nedärvs av framtida generationer, vilket ger möjligheten att förändra arter för alltid. Mer än någonsin lämnar tekniken oss med frågor: Hur kommer denna nya kunskap att påverka mänskligheten? Vad ska vi göra för förändringar? Är vi gudar nu? Följ med Jennifer Kahn i hennes begrundande över dessa frågor, där hon delger ett potientiellt viktigt användningsområde för drivande gener; utvecklandet av sjukdomsresistenta myggor, som skulle kunna slå ut malaria och Zika.

Jag ska tala om drivande gener,

men jag ska börja med
att berätta en kort historia.

För 20 år sedan blev Anthony James,
en ung biolog besatt av tanken

att göra myggor
som inte överförde malaria.

Det var en fantastisk idé
och faktiskt ett komplett misslyckande.

För det första så visade det sig
vara väldigt svårt

att göra en malariaresistent mygga.

James lyckades till slut,
för bara några år sedan,

genom att addera några gener

som hindrade malariaparasiten
från att överleva inne i myggan.

Men då uppstod ett nytt problem.

Nu när man har en malariaresistent mygga,

hur byter man ut
alla de malariabärande myggorna?

Det finns ett par sätt,

men plan A var kort och gott att föda upp

en mängd av den nya
genmodifierade myggan,

släppa dem fria

i hopp om att de skulle sprida generna.

Problemet var att man måste släppa ut

bokstavligt talat 10 gånger så många
som de vilda myggorna.

Så i en by med 10 000 myggor,

skulle du släppa ut ytterligare 100 000.

Som ni kanske kan gissa,

så var detta inte
särskilt populärt bland byborna.

(Skratt)

Men i januari förra året,
fick Anthony James ett mejl

från en biolog, Ethan Bier.

Bier sa att han och
hans doktorand Valentino Gantz

hade snubblat över ett verktyg
som förutom att garantera

att en specifik genetisk egenskap

skulle ärvas,

även skulle sprida den otroligt snabbt.

Om de hade rätt så skulle det
faktiskt lösa problemet

som han och James hade jobbat med i 20 år.

Som ett test, modifierade de två myggor
så att de bar antimalariagenen

och även detta nya verktyg,
en drivande gen,

som jag ska förklara strax.

Slutligen gjorde de så att alla myggor

som hade förvärvat antimalariagenen

inte hade de vanliga vita ögonen,
utan istället skulle ha röda ögon.

Detta var en bekvämlighetssak

så de med ett ögonkast
skulle se skillnad på dem.

De tog sina två rödögda antimalariamyggor

och placerade dem i en låda
med 30 vanliga vitögda,

och lät dem föröka sig.

På två generationer hade det
producerats 3 800 barnbarn.

Detta är inget förvånande.

Detta är det som förvånar:

Med tanke på att man börjat
med endast två rödögda myggor

och trettio vitögda,

så borde man kunna förvänta sig
flest vitögda avkommor.

Men, när James öppnade lådan,

hade alla 3 800 myggor röda ögon.

När jag frågade Ethan om detta ögonblick,

blev han så upphetsad
att han bokstavligen skrek i telefonen.

För resultatet med endast rödögda myggor

strider mot en av biologins hörnstenar,

Mendels genetiska lagar.

Jag tar kortversionen,

när en hane och hona parar sig,

ärver avkomman hälften av sitt DNA
från varje förälder.

Så om den ursprungliga myggan
var aa och vår nya mygga aB,

där B är antimalariagenen,

så borde avkomman bli
fyra olika genotyper:

aa, aB, aa, Ba.

Med den nya drivande genen,

blev alla aB.

Detta borde vara biologiskt omöjligt.

Vad var det som hände?

Det första som hände

var att vi 2012 fick
det genetiska verktyget CRISPR.

Många av er har nog hört talas om CRISPR,

man kan säga att CRISPR är ett verktyg
som möjliggör för forskare

att snabbt och lätt
modifiera gener med precision.

Det gör den genom att utnyttja en mekanism
som redan finns i bakterier.

Helt kort, ett visst protein
fungerar som en sax

och klipper DNA:t,

och det finns en RNA-molekyl
som styr saxen

till vilken plats du vill i genomet.

Resultatet är

som ett ordbehandlingsprogram för gener.

Man kan ta ut en hel gen, sätta in en,

eller till och med endast
en enda bokstav i en gen.

Och man kan göra det i nästan alla arter.

OK, kommer ni ihåg att drivande gener
från början hade två problem?

Det första var att det var svårt
att modifiera en mygga

så att den blev malariaresistent.

Det är löst nu, tack vara CRISPR.

Det andra problemet var logistiskt.

Hur får man sin egenskap att spridas?

Det är här det blir så smart.

För några år sedan var det en biolog
vid Harvard som hette Kevin Esvelt

som undrade vad som hände

ifall du gjorde så att CRISPR inte bara
satte in den nya genen,

utan också maskineriet som utför
klippandet och klistrandet.

Med andra ord, tänk om CRISPR

också kopierade
och klistrade in sig själv.

Det skulle bli en evighetsmaskin
för geneditering.

Och det är precis vad som hände.

Den här drivande CRISPR-genen
som Esvelt skapade

garanterar inte bara att egenskapen
kommer att föras vidare,

utan om den används
i en arvslinje av celler,

så kommer den automatiskt
att föra vidare den nya genen

i båda kromosomerna på varje individ.

Det är som ett globalt
"sök upp och ersätt",

eller mer vetenskapligt, det gör
en heterozygot egenskap homozygot.

Så vad innebär detta?

Det innebär att vi har
ett mycket kraftfullt,

men också något alarmerande redskap.

Tills nu har det faktum
att detta inte fungerat så bra

varit något av en lättnad.

Vanligtvis när vi stökar runt
med en organisms gener,

så gör vi dem mindre
evolutionärt anpassade.

Så biologer kan göra
vilka muterade fruktflugor de vill

utan att behöva bry sig.

Rymmer några,

kommer den naturliga selektionen
att ta bort dem.

Det anmärkningsvärda, kraftfulla
och skrämmande med drivande gener

är att detta inte längre stämmer.

Om vi utgår ifrån att din egenskap
inte ger ett evolutionärt handikapp,

som en mygga som inte kan flyga,

så kommer den CRISPR-baserade genen
obevekligt att sprida förändringen

tills den finns

i varje enskild individ i populationen.

Det är inte så lätt att göra
fungerande drivande gener,

men James och Esvelt tror att vi kan.

Den goda nyheten är att detta
öppnar dörrar till fantastiska saker.

Kan man bara sätta in
en drivande gen mot malaria

i 1 procent av Anophelesmyggorna,

arten som sprider malaria,

så beräknar forskarna att den skulle
spridas till hela populationen på ett år.

Så på ett år skulle man praktiskt taget
kunna utrota malaria.

I praktiken är vi fortfarande några år
från att kunna göra det,

men ändå, det dör 1 000 barn
om dagen av malaria.

Om ett år skulle det
kunna vara nästan noll.

Detsamma gäller denguefeber,
chikungunya, gula febern.

Och det blir ännu bättre.

Låt säga att man vill
bli av med en invasiv art,

som asiatisk karp från de Stora sjöarna

Man behöver bara släppa lös
en drivande gen

som gör att det endast föds hanar.

På några få generationer
finns det inga honor kvar, ingen mer karp.

Teoretiskt kan vi rädda
hundratals inhemska arter

som konkurreras ut.

OK, det var de goda nyheterna,

här kommer de dåliga.

Drivande gener är så effektiva

att till och med ett utsläpp av misstag
skulle kunna förändra en hel art,

och ofta väldigt snabbt.

Anthony James var väldigt försiktig.

Han odlade myggorna
i ett tätt laboratorium.

och han använde en art
som inte finns naturligt i USA

så även om någon skulle rymma,

så skulle de bara dö ut,
det skulle inte finnas någon partner.

Men om ett dussin asiatiska karpar,
med alla-blir-hanar-genen,

oavsiktiligt skulle föras från
de Stora sjöarna, tillbaka till Asien,

skulle de kunna radera ut

den inhemska populationen
av asiatisk karp.

Och det är inte helt osannolikt,
då vår värld är ihoplänkad.

Det är ju därför vi har problem
med invasiva arter.

Och då gäller det fisk.

Saker som myggor och bananflugor,

det är omöjligt att stänga dem inne.

De korsar gränser och oceaner hela tiden.

OK, den andra dåliga nyheten

är att drivande gener
kanske inte håller sig

till det vi kallar målarten.

Detta beror på genföde,

vilket är ett sätt att säga
att närbesläktade arter

ibland korsas.

Om det händer, är det möjligt
att den drivande genen korsas över,

från asiatisk karp
till andra sorters karp.

Det är ju inte så farligt

om den drivande genen
ger en egenskap som ögonfärg.

Vi kommer troligtvis att få se en uppsjö
av väldigt konstiga bananflugor

i framtiden.

Det skulle bli katastrof

ifall den drivande genen
var gjord för att utrota arten.

Till sist är det oroande att tekniken
för att göra detta,

att genetiskt modifiera en organism
och lägga till en drivande gen,

är något som praktiskt tagen vilket labb
som helst i världen kan klara.

En student kan göra det.

En begåvad gymnasieelev
med lite utrustning kan göra det.

Jag antar att detta låter fruktansvärt.

(Skratt)

Men, ändå, nästan alla forskare
jag pratar med

verkar tycka att drivande gener faktiskt
inte är så skrämmande och farliga.

Delvis för att de tror
att forskare kommer att vara

väldigt försiktiga och ansvarsfulla.

(Skratt)

Än så länge stämmer det.

Men drivande gener har också
vissa begränsningar.

För det första fungerar de bara på arter
som förökar sig sexuellt.

De kan tack och lov inte användas
för att modifiera virus eller bakterier.

Egenskapen sprids endast
vid varje ny generationcykel.

Så förändringar av en population

fungerar praktiskt endast om arten
har en kort reproduktionscykel,

som insekter eller små ryggradsdjur
som möss eller fisk.

Hos människor skulle det ta århundraden

för en egenskap att spridas
och få betydelse.

Även med CRISPR,
är det inte lätt att konstruera

en riktigt förödande egenskap.

Om du vill göra en bananfluga

som livnär sig på färsk
istället för gammal frukt,

med målet att sabotera
det amerikanska jordbruket.

Först måste du klura ut

vilken av generna som kontrollerar
vad flugan vill äta,

vilket bara det är ett långt
och komplicerat projekt.

Sedan måste du förändra dessa gener
för att förändra flugans beteende

till det du vill,

vilket är ett ännu längre
och mer komplicerat projekt.

Det kanske inte ens funkar,
för gener som styr beteenden

är komplexa.

Så om du är en terrorist och måste välja

mellan att påbörja
ett svårt forskningsprogram

som kräver år av noggrant arbete
och som ändå kanske inte fungerar

eller att spränga saker?

Du skulle nog välja det senare.

Detta eftersom det i alla fall i teorin

borde vara ganska enkelt
att göra en så kallad återföringsgen.

Det är en som helt enkelt skriver över
den första drivande genen.

Så om du inte gillar effekten
av en förändring,

kan du bara frisläppa en andra gen
som avbryter den,

åtminstone i teorin.

Så, vad händer nu då?

Vi har nu kunskapen att med flit
ändra en hel art.

Ska vi det?

Är vi gudar nu?

Jag är inte så säker på det.

Men jag säger följande:

Några verkligt smarta personer

debatterar redan om hur vi ska
kontrollera drivande gener.

Samtidigt håller andra
väldigt smarta personer

på att arbeta med
att skapa skyddsåtgärder,

med gener som är självreglerande
eller ebbar ut efter några generationer.

Det är bra.

Men den här tekniken
behöver ändå en diskussion.

Och med tanke på dess egenskaper,

behöver diskussionen vara global.

Tänk om Kenya vill använda
en drivande gen, men inte Tanzania?

Vem fattar beslut om att släppa ut
en drivande gen som kan flyga?

Jag har inget svar på det.

Det vi kan göra när vi går framåt,

är att uppriktigt prata
om risker och vinster

och ta ansvar för våra val.

Med det menar jag inte bara valet
att använda en drivande gen,

utan också valet att inte använda en.

Människan har en tendens att anta
att det säkraste valet

är att bevara status quo.

Men det stämmer inte alltid.

Drivande gener medför risker
och dessa måste diskuteras,

men malaria existerar nu
och dödar 1 000 personer om dagen.

För att bekämpa detta, sprider vi
insektsmedel som skadar andra arter,

bland annat amfibier och fåglar.

Så när du hör om drivande gener
de kommande månaderna,

och tro mig, du kommer att få höra om dem,

kom då ihåg:

Det kan vara skrämmande att agera,

men ibland är det värre att inte göra det.

(Applåder)