Gene Editing Can Now Change An Entire Species — Forever | Jennifer Kahn

Vertaald door: Peter van de Ven
Nagekeken door: Axel Saffran Ik ga het hebben over gen-drives, maar ik begin met jullie
een kort verhaal te vertellen. 20 jaar geleden raakte een bioloog
genaamd Anthony James geobsedeerd met het idee
om muggen te maken die geen malaria overbrengen. Het was een geweldig idee
en een gigantische flop. Het bleek bijvoorbeeld erg moeilijk om een malaria-resistente mug te maken. Het is James uiteindelijk
een paar jaar geleden gelukt, door wat genen toe te voegen die het de malaria-parasiet
onmogelijk maken in de mug te overleven. Maar dat introduceerde
een ander probleem. Nu heb je wel een malaria-resistente mug, maar hoe zorg je ervoor dat hij
de malaria-dragende muggen gaat vervangen? Je hebt een paar mogelijkheden, maar plan A was in feite om een aantal van die
genetisch-gefabriceerde muggen te kweken, ze los te laten en te hopen dat ze
hun genen zouden doorgeven. Het probleem was dat je dan 10 keer zoveel muggen moest loslaten
op de oorspronkelijke populatie. Dus in een dorp met 10.000 muggen moest je er 100.000 meer loslaten. Je begrijpt misschien, dat de dorpelingen
dat niet zo'n goed idee vonden. (Gelach) Afgelopen januari echter,
kreeg Anthony James een e-mail van een bioloog genaamd Ethan Bier.

Bier zei dat hij
en zijn student Valentino Gantz iets op het spoor waren gekomen
dat niet alleen garandeerde dat een specifieke genetische
eigenschap zou worden geërfd, maar ook dat die zich
ongelooflijk snel zou verspreiden. Als dat zo was, zou dat
in een keer het probleem oplossen waar hij en James al 20 jaar aan werkten. Als test maakten ze twee muggen
die het anti-malaria-gen droegen en ook dit nieuwe hulpmiddel,
een gen-drive, die ik zo zal toelichten. Ze regelden het zo dat muggen die het anti-malaria-gen hadden geërfd, niet de gebruikelijke witte ogen hadden
maar in plaats daarvan rode ogen. Dat was gewoon praktisch om ze eenvoudig te kunnen herkennen. Ze namen dus die twee
anti-malaria-muggen met rode ogen, zetten ze in een doos
met 30 gewone muggen met witte ogen en lieten ze vermenigvuldigen. In twee generaties leverde dat
3.800 kleinkinderen op. Dat is niet zo bijzonder. Dit is bijzonder: gezien dat je bent begonnen
met slecht twee muggen met rode ogen en 30 met witte, zou je met name witte ogen verwachten
bij de nakomelingen. Maar toen ze de doos openmaakten hadden alle 3.800 muggen rode ogen.

Toen ik Ethan Bier naar dit moment vroeg, werd hij zo opgewonden dat hij
in de telefoon stond te schreeuwen. Omdat alleen muggen met rode ogen krijgen een regel overtrad die een absolute
hoeksteen is van de biologie: Mendeliaanse genetica. Ik hou dit kort, maar de Mendeliaanse genetica
zegt dat bij een paring, de baby van elke ouder
de helft van zijn DNA erft. Dus als de originele mug aa was
en onze nieuwe mug was aB, waar B staat voor het anti-malaria-gen, zouden de baby's
als volgt moeten zijn: aa, aB, aa, Ba. Maar met die nieuwe gen-drive waren ze dus allemaal aB. Biologisch gezien
mag dat niet eens kunnen. Hoe kan dat? Het eerste wat er gebeurde was dat we in 2012
een gen-editor ontdekten: CRISPR. Je hebt er wellicht al van gehoord, dus laat ik alleen zeggen dat CRISPR
het onderzoekers mogelijk maakt om genen heel precies, snel
en gemakkelijk aan te passen.

Het doet dit met behulp van een mechanisme
dat al bestond in bacteriën. Je hebt een eiwit
dat functioneert als een schaar die het DNA knipt en je hebt een RNA-molecuul
dat de schaar stuurt naar ieder gewenst punt op het genoom. Het resultaat is, zeg maar,
een tekstverwerker voor genen. Je kunt een heel gen eruit halen,
er een inbrengen, of zelfs een specifieke letter
in een gen wijzigen. En dat in bijna iedere soort. Weet je nog dat ik zei dat gen-drives
in het begin twee problemen hadden? De eerste was dat het moeilijk was
een mug te creëren die malaria-resistent was. Die brug is nu genomen, dankzij CRISPR. Maar het andere probleem was logistiek. Hoe zorg je voor verspreiding
van die nieuwe eigenschap? Hier wordt het slim. Een paar jaar geleden vroeg
Harvardbioloog Kevin Esvelt zich af wat er zou gebeuren als je zorgde dat CRISPR
niet alleen een nieuw gen inbracht, maar ook het gereedschap
dat knipt en plakt. Oftewel, wat als CRISPR
ook zichzelf kopieerde. Dan zou je een perpetuum mobile
voor gen-mutaties krijgen. En dat gebeurde ook. Die CRISPR gen-drive,
die Esvelt creëerde, garandeert niet alleen
dat een eigenschap wordt doorgegeven, maar als het wordt gebruikt
in de kiembaancellen zal het automatisch je nieuwe gen kopiëren naar beide chromosomen van ieder individu.

Het is net een algemene
zoek en vervangoperatie, of exact gezegd maakt het
een heterozygote eigenschap homozygoot. Wat betekent dat? Om te beginnen betekent dat,
dat we een heel krachtig maar ook een beetje gevaarlijk
nieuw gereedschap hebben. Tot nu toe was het feit
dat gen-drives niet goed werkten eigenlijk wel geruststellend. Als we normaal gesproken rommelen
met de genen van een organisme wordt het er niet weerbaarder op. Biologen kunnen dus zonder zorgen
fruitvliegjes muteren zoveel ze willen.

Ontsnappen ze, dan ruimt
natuurlijke selectie ze wel op. Wat opmerkelijk, krachtig
en eng is aan gen-drives is dat dat niet langer opgaat. Ervan uitgaande dat je eigenschap
geen grote evolutionaire handicap heeft, zoals een mug die niet kan vliegen, zal de CRISPR gen-drive
de verandering meedogenloos verspreiden tot ieder individu
in de populatie het heeft. Nu is het niet zo eenvoudig
een gen-drive te maken die goed werkt, maar James en Esvelt denken dat het kan.

Het goede nieuws is dat dit de deur opent
naar wat opmerkelijke ontwikkelingen. Als je een antimalaria-gen-drive inbrengt in slechts 1 procent
van de Anopheles-muggen, de soort die malaria verspreidt, schatten de onderzoekers dat het
binnen een jaar de hele populatie bereikt. In een jaar zou je dus
malaria kunnen uitroeien. In de praktijk zal het nog
een paar jaar duren voor we zover zijn, maar dan nog: er sterven
1.000 kinderen per dag aan malaria. Dat cijfer zou in een jaar
bijna nul kunnen zijn. Hetzelfde geldt voor denguekoorts,
Chikungunya, gele koorts. Het wordt nog mooier.

Stel je wilt een invasieve soort kwijt, bijvoorbeeld Aziatische karpers
uit de Great Lakes. Een kwestie van een gen-drive uitzetten die maakt dat de nakomelingen
allemaal mannetjes zijn. In een paar generaties zijn er
geen vrouwtjes meer: einde karpers. Theoretisch zouden we honderden
oorspronkelijke soorten kunnen redden die nu met de rug tegen de muur staan. Goed, voor zover het goede nieuws; nu het slechte nieuws. Gen-drives zijn zo effectief dat ze een hele soort kunnen veranderen,
zelfs als ze abusievelijk worden uitgezet, en vaak ook heel snel. Anthony James nam
goede voorzorgsmaatregelen. Hij kweekte zijn muggen
in een bio-containmentlab en hij gebruikte een soort
die niet in de VS voorkomt, dus zelfs mochten er een paar ontsnappen dan zouden ze uitsterven,
omdat er geen partners zijn. Maar het is ook zo, dat als een tiental
van die gemuteerde Aziatische karpers per ongeluk van de Great Lakes
terug naar Azië zouden worden gebracht, ze in potentie daar de hele Aziatische
karperpopulatie zouden kunnen uitroeien.

Niet onvoorstelbaar, alles staat
tegenwoordig in verbinding met elkaar; vandaar juist de problemen
met invasieve soorten. En dat is nog maar vis. Als we het hebben
over fruitvliegjes of muggen, die zijn helemaal niet te beheersen. Die reizen voortdurend
internationaal en intercontinentaal. Het andere slechte nieuws is dat een gen-drive
zich misschien niet beperkt tot wat we noemen de doelsoort. Dat komt door de gen-overdracht, een mooi woord voor incidentele
kruisingen met gerelateerde soorten. De gen-drive zou dan
op de andere soort over kunnen gaan en Aziatische karpers zouden
andere karpers kunnen infecteren. Dat geeft niet als het alleen
een eigenschap bevordert, zoals kleur. En er is inderdaad een redelijke kans dat we binnenkort hele
vreemde fruitvliegjes gaan zien. Maar het kan een ramp zijn als je drive is bedoeld
om een hele soort uit te roeien. Een laatste zorgelijk punt
is dat deze techniek, om een organisme genetisch te manipuleren
en een gen-drive te geven, iets is wat in principe
ieder lab in de wereld kan doen. Een student kan het. Een middelbare scholier
met een beetje talent en spullen kan het.

Ik neem aan dat dit
huiveringwekkend klinkt. (Gelach) Het is interessant dat bijna
iedere wetenschapper die ik spreek, schijnt te vinden dat gen-drives
feitelijk niet zo angstaanjagend zijn. Deels omdat ze geloven dat wetenschappers
ze heel consciëntieus zullen gebruiken. (Gelach) Tot dusver is dat ook zo. Maar gen-drives hebben ook
echte beperkingen. Een daarvan is dat ze alleen werken bij
soorten die zich seksueel voortplanten. Gelukkig kunnen ze dus niet worden
gebruikt voor virussen of bacteriën. En de eigenschap verspreid zich alleen
bij iedere nieuwe generatie. Dus een populatie veranderen of uitroeien is alleen praktisch als die soort
zich snel voortplant, zoals insecten of kleine gewervelden,
zoals muizen of vissen. In olifanten of mensen
zou het eeuwen duren voordat een eigenschap
zich significant zou verspreiden. Ook is het zelfs met CRISPR niet makkelijk
om iets desastreus te maken. Stel, je wilt een fruitvlieg maken die gezond fruit eet
in plaats van rottend fruit, omdat je de Amerikaanse
landbouw wilt saboteren.

Eerst zou je uit moeten vinden welke genen bepalen wat de vlieg wil eten, wat al een heel lang
en moeilijk project is. Dan zou je die genen moeten muteren
teneinde zijn gedrag te veranderen op de manier zoals jij wil, wat een nog langer
en moeilijker project is. Misschien werkt het niet eens, want de genen die het gedrag
bepalen zijn erg complex. Dus als je een terrorist bent
en je hebt de keuze tussen een slopend onderzoek dat jaren nauwgezet labwerk vergt
en dan misschien nog niet werkt, of gewoon dingen opblazen? Dan kies je waarschijnlijk het laatste. Dat is met name zo,
omdat het in theorie niet zo moeilijk is
om een omgekeerde drive te maken. Die maakt in feite dat wat de eerste drive
heeft veranderd, weer ongedaan.

Dus bij tegenvallende effecten kun je een tweede drive uitbrengen
die de eerste teniet doet. In theorie dan. Dus waar staan we nu? We hebben nu het vermogen om soorten
te veranderen zoals wij het willen. Willen we dat? Zijn we nu goden? Zo zou ik het niet zeggen. Maar dit wel: ten eerste bespreken
heel verstandige mensen nu al hoe gen-drives te reguleren. Op hetzelfde moment werken er
ook hele intelligente mensen aan veiligheidsmaatregelen, zoals zelfregulerende gen-drives of drives
die slechts enkele generaties werken. Dat is mooi. Maar deze technologie
moet wel bediscussieerd worden. En gezien de aard van de drives moet dat mondiaal gebeuren.

Want wat als Kenia een drive
wil gebruiken maar Tanzania niet? Wie beslist of er een gen-drive
wordt uitgezet die kan vliegen? Ik weet het antwoord niet. Het enige wat we kunnen doen, denk ik, is eerlijk bespreken
wat de voor- en nadelen zijn en verantwoordelijkheid nemen
voor onze keuzes. Daarmee bedoel ik niet alleen de keuze
om een gen-drive te gebruiken, maar ook de keuze om dat niet te doen. Mensen hebben de neiging te denken
dat de veiligste optie is om maar niets te veranderen. Maar dat is niet altijd zo. Gen-drives hebben risico's
en die dienen bediscussieerd, maar malaria bestaat
en het doodt 1.000 mensen per dag. We bestrijden het nu met pesticides
die andere organismen schade toebrengen, waaronder amfibieën en vogels. Als je dus de komende maanden
hoort over gen-drives, en geloof me, je zult erover horen, onthoud dat dan. Het kan eng zijn om iets te doen, maar soms is niets doen erger.

(Applaus).