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)