Het tijdperk van genetisch wonder

Methodes voor genetisch bewerken zoals CRISPR stellen ons in staat om leven op het meest fundamentele niveau te programmeren. Maar dit roept een aantal prangende vragen op: als we nieuwe soorten kunnen genereren vanaf nul, wat moeten we dan gaan maken? Moeten we de mensheid zoals wij ze kennen, herontwerpen?
Juan Enriquez voorspelt de mogelijke toekomst van genetisch bewerken en onderzoekt de immense onzekerheden en kansen van dit nieuwe grensgebied.

Ik begin met Roy Amara.

Roy beweert dat de meeste
nieuwe technologieën

eerst meestal worden overschat

wat hun impact aangaat,

en op de lange termijn onderschat

omdat we eraan wennen.

Dit zijn echt ‘days
of miracle and wonder’.

Herinneren jullie je die prachtige song
van Paul Simon nog?

Twee dingen zaten erin.

Wat werd toen als zo miraculeus beschouwd?

Dingen vertragen -- slow motion --

en lange-afstandsgesprekken.

Want je werd onderbroken
door operators die je vroegen:

"Een lange-afstandsgesprek.
Wilt u inhaken?"

En nu bellen we als vanzelfsprekend
de hele wereld rond.

Nou, zo kan het ook gaan

met het uitlezen
en programmeren van leven.

Maar voordat ik dat uitleg,

gaan we het nog even hebben
over telescopen.

Telescopen werden oorspronkelijk
overschat qua impact.

Dit is één van de eerste
modellen van Galileo.

Mensen dachten dat het alle religie
om zeep zou helpen.

(Gelach)

Zoveel aandacht besteden we
nu ook weer niet aan telescopen.

De telescopen die 10 jaar geleden
gelanceerd werden?

Stel dat je een Volkswagen
naar de maan vloog,

dan kon je de lampen van die Volkswagen
ermee zien oplichten op de maan.

Met dat soort resolutie
kun je kleine stofdeeltjes

rond verre zonnen zien rondzweven.

Stel je even voor dat dit een zon is
op een miljard lichtjaar van ons vandaan,

en je zou er een klein stofje
voor zien passeren.

Zo gaat het bij het detecteren
van een exoplaneet.

En het leuke is dat de telescopen
die nu worden gelanceerd

je toelaten om één enkele kaars
op de maan te zien branden.

En van elkaar gescheiden door één bord

kun je op die afstand
twee kaarsen afzonderlijk zien.

Dat is de resolutie die je nodig hebt

om dat kleine stofje te kunnen zien

als het voor de zon passeert

en of het er blauwgroen uitziet.

Want blauwgroen betekent

dat leven normaal is in het universum.

Stel dat je dat blauwgroen zou zien
op een verre planeet,

dan betekent dat
dat er daar fotosynthese is

en water

en de kans dat je net de enige andere
planeet met fotosynthese zag,

is zowat nul.

Dat zou pas een ingrijpende
gebeurtenis zijn.

Er is een vóór en een na
aan het uniek zijn:

vergeet de ontdekking
van continenten maar.

Als je erover nadenkt,

kunnen we nu pas het gros
van het universum in beeld brengen.

En dat is een tijd
van mirakels en verwondering.

Toch staan we er niet bij stil.

Iets dergelijks gebeurt met het leven.

We horen over leven in stukjes en beetjes.

We horen over CRISPR

en over allerlei technologieën.

Maar de basis van het leven
blijkt code te zijn.

En het leven als code
is een heel belangrijk concept,

omdat het betekent dat
net zoals je een zin kunt schrijven

in het Engels, het Frans of het Chinees,

net zoals je een zin kunt kopiëren

of een zin kunt bewerken

of een zin kunt afdrukken,

kun je dat beginnen te doen met leven.

Het betekent dat we beginnen te leren
hoe je deze taal kunt lezen.

Dat is natuurlijk de taal
die deze sinaasappel gebruikt.

Hoe voert die sinaasappel nu code uit?

Niet met enen en nullen
zoals een computer.

Hij hangt aan een boom
en op een dag doet hij dit:

plof!

En dat betekent: uitvoeren.

AATCAAG: maak me een beetje wortel.

TCGACC: maak me een beetje stam.

GAC: maak me wat bladeren.
AGC: maak me wat bloemen.

En dan GCAA: maak me
wat meer sinaasappels.

Als ik een Engelse zin bewerk
op een tekstverwerker,

dan doe je dat woord na woord.

Als ik iets wijzig in deze sinaasappel

en er GCAAC in zet met behulp van CRISPR
of iets anders waar je van hebt gehoord,

dan wordt deze sinaasappel een citroen,

een pompelmoes

of een mandarijn.

Bewerk ik één op duizend van jouw letters,

dan word jij de persoon
die vandaag naast je zit.

Let dus op waar je gaat zitten.

(Gelach)

Dit gedoe was in het begin erg duur.

Net als interlokale gesprekken vroeger.

Maar de kosten ervan dalen 50% sneller
dan volgens de wet van Moore.

Het eerste volledige genoom onder de $200
werd gisteren voorgesteld door Veritas.

En deze systemen evolueren van
onbelangrijk, onbelangrijk, onbelangrijk,

plots naar belangrijk.

Ik geef even een overzicht ervan.

Dit is een grote ontdekking.

Er zijn 23 chromosomen.

Cool.

We doen het zoals met de telescoop,
maar in plaats van een telescoop

gebruiken we nu een microscoop
om in te zoomen

op een minderwaardig chromosoom:

het Y-chromosoom.

Het is driemaal kleiner dan een X,
het is recessief en mutant.

Maar tja,

het is maar een mannetje.

En als je dit soort dingen bekijkt,

zie je hier een soort landschapsoverzicht

bij een resolutieniveau van 400 baseparen,

en dan zoom je in tot 550, en dan tot 850;

je kunt meer en meer genen
identificeren naarmate je inzoomt.

Dan zoom je in op het landschap

en begin je te zien wie leukemie heeft,

hoe ze leukemie kregen,
welke soort leukemie het is,

wat van plaats verschoof
van waar naar waar.

En dan zoom je in
tot Google Street View-niveau.

Dit gebeurt er als je
colorectale kanker hebt

bij een zeer specifieke patiënt
en een letter-voor-letterresolutie.

We verzamelen dus informatie

en genereren daarmee
enorme hoeveelheden informatie.

Dit is een van de grootste
databases op de planeet

en we kunnen de snelheid waarmee ze groeit
niet bijhouden op vlak van opslagruimte.

Je kunt er fantastische kaarten mee maken.

Je wil de pest begrijpen

en waarom de ene pest builenpest is
en de ander een andere soort,

en nog een ander weer een andere soort?

Wel hier zie je een kaart van de pest.

Sommige zijn dodelijk voor de mens,

andere niet.

En als je het onderzoek verderzet,

hoe is dit dan te vergelijken
met tuberculose?

Dit is het verschil tussen tuberculose
en verschillende soorten pest.

Je kunt detective spelen met dit spul.

Je neemt bijvoorbeeld
een specifieke soort cholera,

degene die Haïti trof,

en je kunt uitvissen
uit welk land ze kwam,

uit welke regio ze kwam,

en waarschijnlijk ook
welke soldaat ze meebracht

van dat Afrikaanse land naar Haïti.

Zoom uit.

Het is niet alleen inzoomen.

Dit is één van de coolste kaarten
ooit door de mens gemaakt.

Ze namen alle genetische informatie
die beschikbaar is van alle soorten

en maakten een stamboom van het leven
op één enkele pagina,

waarop je kunt in- en uitzoomen.

Dit kwam eerst, hoe het diversifieerde,
hoe het vertakte, hoe groot is dat genoom;

allemaal op één pagina.

Een soort universum van leven op aarde,

dat voortdurend bijgewerkt
en aangevuld wordt.

Als je dit soort dingen ziet,

is de echt belangrijke verandering
dat de oude biologie reactief was.

Je had een heleboel biologen
die met microscopen

en vergrootglazen
naar dieren zaten te kijken.

De nieuwe biologie is proactief.

Je observeert niet alleen dingen,
je maakt dingen.

En dat is een echt grote verandering,

omdat het ons in staat stelt
om dit soort dingen te doen.

Ik weet dat jullie
dit beeld geweldig vinden.

(Gelach)

Het kostte ons slechts vier jaar
en 40 miljoen dollar om het te maken.

(Gelach)

En vervolgens

namen we de volledige
genetische code van een cel --

niet één of twee genen, maar de volledige
genetische code van een cel --

maakten een geheel nieuwe genetische code,

voegden ze in in de cel,

bedachten een manier om de cel
die code te laten uitvoeren

en bouwden zo een geheel nieuwe soort.

Dit is dus 's werelds eerste
synthetische levensvorm.

Wat doe je ermee?

Dit spul gaat de wereld veranderen.

Ik geef jullie drie korte-termijntrends

van hoe dit de wereld gaat veranderen.

De eerste is dat we een nieuwe
industriële revolutie gaan zien.

En dat bedoel ik letterlijk.

Net zoals Zwitserland, Duitsland
en Groot-Brittannië de wereld veranderden

met machines zoals die in de lobby,

en energie opwekten --

net zoals CERN de wereld verandert,

met nieuwe instrumenten
en ons idee van het universum --

zo zullen programmeerbare levensvormen
de wereld ook veranderen,

want van zodra je cellen
kunt programmeren

op dezelfde manier als je
je computerchip programmeert,

dan kun je bijna alles maken.

Je computerchip kan foto's maken,

en muziek, en film,

ook liefdesbrieven en spreadsheets.

Gewoon enen en nullen
die erin rondvliegen.

Als je nucleotiden
door cellen kunt laten stromen,

dan maakt deze software
zijn eigen hardware,

wat betekent dat het snel zal opschalen.

Wat er ook gebeurt,

als je je mobiele telefoon
naast je bed legt,

zal je ‘s morgens geen miljard
mobiele telefoons hebben.

Maar ...

met levende organismen

kan dat op zeer grote schaal.

Zo kun je bijvoorbeeld zo goed als
koolstofneutrale brandstoffen produceren

op commerciële schaal tegen 2025.

En dat doen we bij Exxon.

Maar je kunt ook
besparen op landbouwgrond.

In plaats van 100 hectare
om oliën of eiwitten te maken,

kun je ze maken in bassins

met 10 of 100 keer
meer productiviteit per hectare.

Of je kunt informatie opslaan

of alle nodige vaccins ter wereld maken
in die drie bassins.

Of je kunt bijna alle informatie van CERN
opslaan in die drie bassins.

DNA is een zeer krachtig middel
voor informatieopslag.

Ten tweede:

theoretische biologie
is aan een opmars bezig.

Medische instituten behoren tot
de meest conservatieve plekken op aarde.

De manier waarop ze anatomie onderwijzen,

is vergelijkbaar met hoe ze het
100 jaar geleden deden.

"Welkom, student. Hier is je kadaver."

Medische scholen zijn niet goed
in het creëren van nieuwe afdelingen,

daarom is dit zo ongewoon.

Isaac Kohane richtte een afdeling op

op basis van informatica, gegevens, kennis

aan de Harvard Medical School.

Wat je eigenlijk ziet gebeuren,

is dat de biologie
over genoeg gegevens beschikt

om in het voetspoor
van de fysica te treden.

Vroeger had je waarnemingsfysica

en experimentele fysica,

en daarnaast ontstond
de theoretische biologie.

En die is aan een opmars bezig,

want je hebt zo veel medische dossiers

en zo veel gegevens over mensen:

je kent hun genomen,
hun viromen en hun microbiomen.

Naarmate deze informatie zich opstapelt,

kun je voorspellingen gaan doen.

Ten derde geraakt dit allemaal
tot bij de consument.

Ook jij kunt je genen laten sequenceren.

Vandaar bedrijven als 23andMe.

Bedrijven als 23andMe zullen je
meer en meer en meer data verschaffen,

niet alleen over je familieleden,

maar ook over jou en je lichaam

en het zal dingen vergelijken,
ook doorheen de tijd.

Dat zullen zeer grote databases worden.

Maar het zal ook een reeks
andere bedrijven beïnvloeden

op onverwachte manieren.

Normalerwijze als je iets adverteert,
wil je niet dat de consument

in de badkamer
op je advertentie gaat plassen.

Tenzij je IKEA bent, natuurlijk.

Want als je dit uit een tijdschrift
scheurt en erop plast,

zal het blauw worden als je zwanger bent.

(Gelach)

En dan geven ze je een korting op de wieg.

(Gelach)

Als het gaat over empowerment
van de consument,

en dit gaat verder dan Biotech,

bedoel ik eigenlijk dat.

We produceren nu bij Synthetic Genomics

desktopprinters

die je toelaten om een cel te ontwerpen,

een cel af te drukken,

het programma van de cel uit te voeren.

We kunnen nu vaccins printen

in real-time als een vliegtuig opstijgt
en voordat het landt.

We leveren dit jaar 78 van deze machines.

Dit is geen theoretische biologie.
Dit is afdrukbiologie.

Ik wil het hebben
over twee lange-termijntrends

die eraan komen over een langere periode.

De eerste is dat we
soorten gaan herontwerpen.

Daar heb je toch al van gehoord, niet?

We herontwerpen bomen.
We herontwerpen bloemen.

We herontwerpen yoghurt,

kaas, alles wat je maar wilt.

En dat brengt ons natuurlijk
bij de interessante vraag:

hoe en wanneer moeten we
de mens herontwerpen?

Velen denken: Ach nee,
mensen herontwerpen, dat nooit.

Tenzij je kind het Huntington-gen heeft

en ten dode opgeschreven is.

Of, tenzij je een gen
voor cystische fibrose kunt doorgeven,

en dan wil je niet alleen
jezelf herontwerpen,

maar ook je kinderen en kleinkinderen.

Dit zijn ingewikkelde debatten
en die komen eraan.

Ik geef een actueel voorbeeld.

Eén van de debatten vandaag
bij de National Academies

gaat erover dat je een ‘gene drive’
in muggen kunt zetten

waarmee je alle malariamuggen doodt.

Sommige mensen zeggen:

"Dat gaat het milieu extreem
beïnvloeden, doe het niet."

Anderen zeggen:

"Dit is iets dat miljoenen
mensen per jaar doodt.

Wie ben jij om mij te vertellen dat ik
de kinderen in mijn land niet mag redden?"

Waarom is dit debat zo ingewikkeld?

Omdat zodra je ze loslaat in Brazilië

of in Zuid-Florida --

muggen respecteren geen muren.

Je neemt een beslissing
voor de hele wereld

als je een gene drive loslaat.

Deze prachtige man won een Nobelprijs

en sinds het winnen van de Nobelprijs
breekt hij zich het hoofd

over hoe het leven begon op deze planeet

en hoe groot de kans is
dat het voorkomt op andere plaatsen.

Daarom richtte hij zich
tot zijn promovendi

en vroeg hen:

"Bouw me leven, maar zonder moderne
chemicaliën of instrumenten.

Bouw me dingen die er
drie miljard jaar geleden waren.

Zonder lasers. Ook niet dit of dat."

Hij gaf me een flesje van wat hij
ongeveer drie weken geleden maakte.

Wat is het?

Hij maakte iets dat leek
op zeepbellen van lipiden.

Hij bouwde een voorloper van RNA.

Hij liet de voorloper van het RNA
geabsorbeerd worden door de cel

en dan liet hij de cellen zich delen.

Misschien zijn we niet zo ver --

een decennium, misschien twee decennia --

van het genereren van leven vanaf nul

uit proto-gemeenschappen.

Tweede trend op de lange termijn:

we hebben geleefd en leven nog
in het digitale tijdperk --

nu beginnen we te leven in het tijdperk
van het genoom en biologie

en CRISPR en synthetische biologie --

en dat allemaal gaat samen uitmonden
in het tijdperk van de hersenen.

We komen op het punt dat we het gros van
onze lichaamsdelen kunnen reconstrueren,

net zoals een gebroken bot
of brandwonden zich kunnen herstellen.

We beginnen te leren
hoe we onze luchtpijpen

of onze blazen terug kunnen laten groeien.

Deze beide zijn al
geïmplanteerd bij mensen.

Tony Atala werkt
aan 32 verschillende organen.

Maar dit is de hoofdzaak,

want jij bent je hersenen
en de rest is gewoon verpakking.

Niemand gaat langer
dan 120, 130, 140 jaar leven

tenzij we dit oplossen.

Dat is de interessantste uitdaging.

Dat is de volgende grens, samen met:

"Hoe algemeen is het leven in het heelal?"

"Waar komen we vandaan?"

en dat soort vragen.

Laat mij dit eindigen
met een apocrief citaat van Einstein.

[Je kunt leven alsof alles een wonder is

of je kunt leven
alsof niets een wonder is.]

Aan jou de keuze.

Je kunt je richten
op het slechte, op het enge,

en er bestaan zeker een hoop enge dingen.

Gebruik 10 procent van je hersenen
om je daarop te focussen,

of misschien 20 of 30 procent.

Maar vergeet niet

dat we echt leven in een tijdperk
van ‘miracle and wonder’.

We hebben het geluk vandaag te leven,
om dit soort dingen te zien.

We hebben het geluk
te kunnen praten met mensen

zoals degenen in deze zaal
die al die dingen maken.

Dus dank aan jullie allen
voor alles wat jullie doen.

(Applaus)