Udryddelsesopfindelsen

Malaria dræber en halv million mennesker hvert år, for det meste børn i det tropiske Afrika. Prisen for at udrydde sygdommen er anslået til mere end 100 milliarder dollars over 15 år. For at gøre det har du brug for sengenet til alle, titusindvis af kasser med antimalariamedicin og millioner af liter insekticider. Men det ville kræve mere end ting. Du har brug for ting, som de fattigste lande i verden ikke har, såsom stærke regeringer, købekraft og fungerende offentlige sundhedssystemer. Så malaria bliver ved med at dræbe.

Men hvad nu hvis du i stedet kun havde brug for en spand fuld af myg?

Denne historie var en del af vores maj 2016-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Jeg så sådan en opfindelse på Imperial College London. En elev førte mig gennem en ståldør, under et kraftigt vindstød, og ind i et fugtigt rum opvarmet til 83 °F. Bag glas klyngede myg sig til siderne af små bure dækket af hvidt net. På et advarselsskilt stod der: DENNE BÅG HUSTER GENE DRIVE GM-MYG. Det fortsatte med at advare om, at insekternes DNA indeholder et genetisk element, der har en kapacitet til at sprede sig med en uforholdsmæssig høj hastighed.

Et gendrev er et kunstigt egoistisk gen, der er i stand til at tvinge sig selv ind i 99 procent af en organismes afkom i stedet for den sædvanlige halvdel. Og fordi dette særlige gen får hunmyg til at blive sterile, inden for omkring 11 generationer - eller på omkring et år - ville dets spredning dømme enhver population af myg. Hvis den frigives i marken, kan teknologien medføre udryddelse af malariamyg og muligvis stoppe overførslen af ​​sygdommen.

Anopheles gambiae myg. Arten spreder malaria i Afrika.

De myg, jeg så, blev skabt som en del af Target Malaria, et projekt ledet af Imperial College, der stille og roligt er udvidet til at involvere 16 institutioner og omfatter hold i Italien og tre afrikanske lande, Mali, Burkina Faso og Uganda, hvor sikre myggefaciliteter pt. bliver udrustet. Dets arbejde er finansieret af Microsoft-milliardæren Bill Gates' sundhedsfond i Seattle. En embedsmand dér sagde, at fonden nu anser gendrev for nødvendige for at stoppe malaria og forventer, at teknologien vil være klar flere år før en effektiv vaccine. Ifølge en forretningsplan udviklet for Gates Foundation, kunne de selvudryddende myg blive sluppet løs i 2029.

Planen er at sprede sig Anopheles gambiae myg, der rummer egoistiske gener i Afrika syd for Sahara. Gendrevet kan sprede sig over et stort område af territorium, hvilket får myg til at forsvinde og blokere overførsel af parasitten, der forårsager malaria. Malaria er et problem med fattigdom, ustabilitet og mangel på politisk vilje, siger Andrea Crisanti, den italienske parasitolog og geningeniør, der udviklede insekterne på Imperial College. Vi beder om driften til at gøre det, vi ikke kan gøre politisk eller økonomisk.

Ud over at hjælpe med malaria, mener naturbevaringsfolk, at gendrevet teknologi kan redde Hawaiis forsvindende indfødte fugle (fra fuglemalaria) eller måske befri Australien for invasive, destruktive tudser, der har hoppet vestpå over kontinentet. Hvorfor ikke også eliminere Aedes aegypti , myggen spreder denguefeber og Zika i Amerika?

Har ethvert land, agentur eller individ ret til at ændre naturen på måder, der kan påvirke alle?

Teknologien skaber risici, som samfundet aldrig før har skullet overveje. Ville fjernelse af myg forstyrre økosystemerne? Risikerer vi en genetisk epidemi, hvis det egoistiske DNA springer over artsbarrieren for at påvirke andre insekter? Mest forvirrende: Hvilket land, agentur eller individ har ret til at ændre naturen på måder, der kan påvirke hele kloden? Det er derfor, jeg hader malariaproblemet, siger Kevin Esvelt, en MIT-biolog, der har advaret om de hidtil usete dilemmaer, gendrev vil skabe. Det gør teknologien så fristende at bruge.

Disse spørgsmål kræver snart svar. For kun 12 måneder siden var gendrev-teknologi stadig en lovende teori. Ikke mere. Der sker hurtige tekniske fremskridt takket være CRISPR, en ny genredigeringsteknik. I Imperials laboratorium kiggede jeg gennem et mikroskop på en umoden myg, kaldet en puppe, et uhyggeligt væsen, der ligner en ferieskinke med en hummerhale påsat. Inde i dens krop kunne jeg se brændende fluorescerende pletter, hvor et kunstigt egoistisk gen havde travlt med at kopiere sig selv. De potentielt økosystemændrende transformationer var for det meste blevet udført af en 27-årig studerende ved navn Andrew Hammond i løbet af et par måneder med sene nætter i laboratoriet. Der er så mange fede måder at bygge disse på, jublede Hammond. Der er så mange nemme ting at gøre.

Og det er bare problemet. Embedsmænd i USA og andre steder bekymrer sig om, at det kan være lidt for nemt. FBI undersøger, om gendrev kan misbruges, f.eks. til at skabe en designerpest. Og i maj forventes det amerikanske National Academy of Sciences at offentliggøre anbefalinger til reduktion af økologiske og andre risici forud for enhver felttest. Syvogtyve forskere skrev til Videnskab med advarsler mod utilsigtet frigivelse af gendrevne organismer, noget de frygter vil ødelægge offentlighedens tillid. Andre har sagt, at forskningen burde klassificeres, selvom det er for sent til det.

Foragtede arter

Ud af de 3.500 arter af myg spreder omkring 30 malaria, selvom tre næsten ikke skelneselige undertyper af Anopheles gambiae gøre mest skade i Afrika. Hunmyggens bid spreder plasmodium-parasitten, som giver folk feber og kuldegysninger ved at eksplodere røde blodlegemer. Disse tre myg er dem, som Imperial har udryddet, siger Crisanti, mens han svinger sine briller med en spids og hopper op fra stolen.

Crisanti erkender, at gendrevet teknologi skaber spændinger. Presset vil stige for at bruge teknikken i betragtning af de sundhedsmæssige og sociale fordele, som en ende på malaria kan medføre. På den anden side er der endnu ingen aftalte regler eller procedurer for at udvikle en teknologi, der kan sprede sig blandt vilde organismer. Gendriften er kontroversiel for potentialet til at udslette en art, siger han. Så der burde være en klar fordel.

Ved den italienske forpost af Target Malaria, kvinde Anopheles myg tager et blodmåltid. Tre dage senere vil de lægge æg.

Et gendrev ville ikke nødvendigvis dømme disse myggearter til at uddø. Lommer af myg kan blive tilbage, eller de kan opbevares i et laboratorium, hvis nogen ønsker at bringe dem tilbage. Men udryddelse er et muligt resultat, siger Crisanti, især hvis frigivelsen af ​​gendrevet faldt sammen med forhold som en tør periode eller en forkølelse. Arter uddør selvfølgelig hele tiden, men jeg spekulerede på: er det etisk at fjerne enhver del af naturen med vilje? Spørger du på en darwinistisk måde eller en teologisk måde? Crisanti svarede. Jeg tror, ​​det er en artskonkurrence mellem os og myggen. Og jeg tror ikke, at en art har ret til at eksistere eller ikke at eksistere. Han siger, at arterne har fitness - de har tilpasset sig til at blomstre i deres miljømæssige niche. For arter, vi håber at redde, kan vi bruge gendrev til at tilføje gavnlige gener, som dem for sygdomsresistens. For arter, vi foragter, kan vi tilføje dem, der gør dem uegnede til at overleve.

Egoistiske gener

Target Malaria ledes af Austin Burt, en evolutionsteoretiker ved Imperial College, hvis speciale er egoistiske genetiske elementer. Disse er parasitiske gener, som findes i mange arter, som laver ekstra kopier af sig selv. (Et, kaldet P-elementet, formåede endda at blaffe sig ind i genomet af enhver frugtflue på Jorden i løbet af det 20. århundrede.) Burt var interesseret i en særlig slags egoistisk gen, der var til stede i slimskimmel, kaldet en endonuklease. Disse skærer åbent DNA på meget præcise steder, de genkender og kan derefter, ved at tilbyde sig selv som en reparationsskabelon, narre en celle til at kopiere dem. Burt konkluderede, at enkelheden i denne proces lod den være åben for menneskelig kunst, og i et papir fra 2003 beskrev han, hvordan det kunne omdannes til en udslettelsesanordning.

Paradokset Burt måtte løse er, hvordan noget meget dårligt for myggene også kunne spredes af dem. Et svar, så han, var et egoistisk gen, der er harmløst, hvis en kopi er til stede, men forårsager sterilitet, hvis to kopier er det. (Ligesom mennesker har myg to sæt kromosomer, et fra hver forælder.) Startende med en hanmyg med en kopi, vil det egoistiske gen sikre, at det ender i hver enkelt af hans sædceller, i stedet for kun halvdelen. På den måde vil ethvert afkom med en vild myg også være bærere, ligesom alle deres afkoms afkom. Som følge heraf vil genet raket gennem befolkningen.

Til sidst bliver det sandsynligt, at ethvert parrende par myg begge vil være bærere - og deres afkom, med to kopier, vil være infertile. Hurtigt vil befolkningen styrte sammen og vælte af den genetiske gift. På min hund-ørede kopi af Burts papir understregede jeg dens afsluttende sætninger: Det er klart, at teknologien beskrevet her ikke skal bruges let. I betragtning af den lidelse, som nogle arter forårsager, er den heller ikke åbenlyst en, der skal ignoreres.

Burt er en pensioneret canadier, som jeg fandt på et kontor, der stort set var tomt, bortset fra en computer. Han serverede te, som ingen drak, og svarede på flere af mine mest provokerende formuleringer om bioteknologiens enorme magt ved at sige: Um, ja. Han betroede, at han havde forsøgt at patentere sin idé. Men det blev afvist, fordi han havde få eksperimentelle beviser på det tidspunkt for at bevise, at det kunne fungere. Jeg ville tro, jeg havde opfundet noget, siger han.

På det tidspunkt havde Crisantis laboratorium netop bestemt, hvordan man gensplejser Anopheles myg - en forudsætning for, at Burts ideer kan virke. De ansøgte Gates Foundation om finansiering, og siden da har Gates brugt 44 millioner dollars på projektet, hvilket er let det største beløb, der hidtil er blevet brugt på forskning i gendrev.

Alligevel viste det sig vanskeligt at lave et egoistisk gen, der ville fungere som forudsagt af ligningerne på Burts computerskærm. Crisantis team forsøgte at tilpasse egoistiske gener fra slimsvampe, men det var svært at få dem til at skære vidt forskellige myggegener. I 2011 havde holdet en delvis prototype, men intet kunne spredes bredt i naturen.

Så, i marts 2015, annoncerede to fluebiologer i Californien, Ethan Bier og hans elev Valentino Gantz, at de havde skabt et egoistisk gen, der opfyldte Burts profeti. Det spredte sig gennem en population af laboratoriefluer, hvilket forårsagede en genetisk ændring, der gjorde insekterne gule. I stedet for at kæmpe med slimsvampe havde Bier og Gantz brugt Cas9, DNA-udskæringsmolekylet blev berømt for sin rolle i genredigeringsteknologien kaldet CRISPR. Fordelen ved Cas9 er, at den let er instrueret til at klippe enhver DNA-sekvens, du kan lide, åbne. Så de havde tilføjet Cas9 til frugtfluegenomet og fortalt det, hvor det skulle skæres.

Det er en artskonkurrence mellem os og myggen.

Det betød, at med CRISPR kunne selv et to-personers hold i teorien ændre en hel art. I december sidste år havde Crisantis gruppe og en anden, ledet af Bier og myggeekspert Anthony James, begge brugt CRISPR til at bygge gendrev, der er i stand til at sprede egenskaber gennem myggepopulationer i bure - og sandsynligvis også i naturen.

Med flere forskere, der arbejder på gendrev, er chancen for utilsigtet frigivelse blevet en bekymring. Var et af Biers insekter flygtet ind i Californiens frugtplantager, kunne det have gjort alle fluerne gule. I august skrev Burt, Bier og 25 andre et brev til Videnskab er enige om behovet for stringente indeslutningsstrategier for at undgå et genetisk udslip og opfordrer videnskabsmænd til at afslå anmodninger om at dele de organismer, de har lavet, indtil der kan findes en form for regler.

Imperials myggelaboratorium i London er bestemt ikke noget Fort Knox, hvor studerende kommer og går. I stedet er en vigtig sikkerhedsforanstaltning dens placering langt fra den nuværende rækkevidde af Anopheles gambiae . Enhver undslippende myg - eleverne kalder dem flyvere - ville sandsynligvis blive slået meningsløse af tør luft og kulde, så snart de ramte laboratoriegangene. Og selvom man på en eller anden måde kom 200 yards op på Queen's Lawn, ville den ikke finde nogen anden myg at parre sig med. De myg, jeg så i London, er i hvert fald endnu ikke klar til udsætning. De er ikke for sunde - det ville være svært for dem at konkurrere og reproducere i naturen. Og i to af burene begyndte gendriften, som først spredte sig hurtigt, at forsvinde efter et par generationer af myg. Den sandsynlige årsag er modstand. En eller flere af myggene kan have udviklet immunitet over for driften, måske gennem en tilfældig DNA-mutation, og disse mygs afkom blev hurtigt formeret.

Vi har nogle problemer at løse, men vi har mange tricks i skabet, siger Tony Nolan, den videnskabelige løjtnant i Crisantis laboratorium. En idé er at kombinere flere drev, målrettet mod tre forskellige DNA-steder på én gang. Myg kan i sidste ende udvikle modstand mod alle tre, men måske ikke før de alle er døde.

På en monitor lyser en myggelarve med et fluorescerende spor.

Indsættelse af tropperne

Gates Foundation har brugt 36,7 milliarder dollars på uddannelse, folkesundhed og vacciner siden starten i 2000. Den del, der bruges på gendrev, registreres knap, men alligevel har teknikken fået en særlig tiltrækningskraft i løsningen af ​​malaria, længe et af Gates' topmål. Hvis man skulle opfinde den ideelle måde at tackle et problem i udviklingslandene på ... ville det være et gendrev, siger Fil Randazzo, vicedirektør i fonden.

Hvis det virker, vil det være utroligt billigt, nemt at distribuere og ligeværdigt, til gavn for alle, rig eller fattig. Det vil også blive ved med at fungere, når det først er udgivet, og undgå et almindeligt problem: ofte er den sværeste del af at udrydde en sygdom slutspillet, når opmærksomheden vandrer andre steder hen og udgifterne pr. sag skyder i vejret. I et scenarie, som Randazzo skitserede for mig, ville spandevis af myg blive sluppet hver 50. kilometer eller deromkring, hvilket startede en kædereaktion, der over to år ville flyde gennem mellemliggende skove og græsgange og byer. Antallet af overlevende myg ville kollapse til mindre end 1 procent af det normale niveau. Ved hjælp af sengenet og sprays ville bid være på et minimum og bryde cyklussen af ​​malariatransmission. En kampagne med lægemiddelbehandling kunne derefter rydde ud af parasittens menneskelige reservoir - i nogle vestafrikanske lande er 25 procent af befolkningen inficeret.

Gates Foundation har sagt, at den ikke længere mener, at malaria kan udslettes uden et gendrev. Du kan ikke gå rundt med et sengenet på dig hele tiden. Det kommer ikke til at fjerne malaria, siger Randazzo. Med et gendrev er menneskelig adfærdsændring ikke nødvendig.

Imperial-teamet er begyndt at bygge matematiske modeller af geografi, klima og andre faktorer for at få styr på, hvordan et gendrev kan virke i den virkelige verden. I Burkina Faso har videnskabsmænd løsladt Anopheles overhældt med fluorescerende støv for at spore dem. Burt siger, at han tror, ​​at en køretur kan spredes fem til 20 kilometer om året fra ethvert udsætningssted, og at færre end 500 myg kan sætte gang i reaktionen.

En laboratoriemedarbejder udfører DNA-test på Polo d'Innovazione Genomica i Perugia, Italien, en del af et netværk af laboratorier finansieret af Bill Gates, der studerer gendrev.

Nogle videnskabsmænd fortalte mig, at de mener, at malariaprojektet er dødsdømt. Hvad hvis forskellige myg ender med at overføre sygdommen i stedet for? Guy Reeves, en evolutionær biolog ved Tysklands Max Planck Institut, forudsiger, at resistente insekter vil være hovedproblemet, og siger, at de vil få teknologien til at svimle. Vi kan ikke gå efter det skinnende nye hver gang, siger Reeves, der mener, at insekter baseret på Burts teorier aldrig vil vise sig at være tilstrækkeligt forudsigelige til at kunne bruges med nogen som helst selvtillid.

I marts deltog omkring 75 politiske eksperter og videnskabsmænd, inklusive Burt, i et tre-dages lukket-dørs symposium om gendrev i North Carolina. Folk, der var der, siger, at bekymringen var mærkbar over udsigten til genetiske ændringer, der kan spredes bredt på tværs af grænser. MIT's Esvelt, som deltog, siger, at problemet med malaria-ideen er, at det vil have en effekt på alle i Afrika, men at det vil være umuligt at få alle der til at gå med til teknologien. Jeg tror, ​​at Gates har alle intentioner om at skubbe det her fremad, siger han. Og spørgsmålet er, hvordan kan man gøre det etisk?

Randazzo siger, at Gates' organisation er forpligtet til at overdrage den gendrevne teknologi til det afrikanske folk og lade dem bestemme. Indsatsen i denne retning er langt fremme. Fra 2012 begyndte Target Malaria at udvikle jordoperationer i en håndfuld afrikanske lande, træne videnskabsmænd, ombygge insektlaboratorier og sende hold for at orientere lokalsamfund.

Planen ligner en militær kampagne, komplet med øvelser, manøvrer og blanke anklager. Det omfatter den trinvise introduktion af genetisk modificerede myg, der mangler et gendrev. Selvom disse ikke hjælper med malaria, kan lokale videnskabsmænd træne med dem og skabe en reguleringsvej for den ægte vare. En ansøgning om at importere Afrikas første genetisk modificerede myg er allerede under behandling i Burkina Faso.

Små netbure bruges til at holde myg til undersøgelse.

Men de rigtige gendrevne insekter vil forblive i Europa, indtil de afrikanske lande har accepteret teknologien og dens konsekvenser. Årsagen er, at på et tropisk sted, i modsætning til London, kan et laboratorieuheld, der lader myg undslippe, have uoprettelige konsekvenser. Vi vil ikke importere dem til Afrika, før det er accepteret, for vi tror ikke, vi kan garantere 100 procent, at det vil være indeholdt, siger Delphine Thizy, politologen, der leder Target Malarias engagementsteams.

Vil folk i Afrika have denne teknologi? Jeg talte med en kenyansk entomolog, Richard Mukabana, som arbejdede på jordkampagnen i samfund omkring Victoriasøen. Ved hjælp af plakater og diagrammer besøgte holdene landdistrikterne for at forklare ideen, ofte for folk, der er analfabeter. En tegneserie, der bruges til at formidle, hvad der foregår, viser en blond videnskabsmand, der holder et myggebur ved siden af ​​et britisk flag. Formålet med grundarbejdet er at etablere en social licens til at operere - en type aftale, siger Mukabana, der ikke er skrevet ned eller klæbet til en væg, men som skal eksistere, hvis et gendrev nogensinde skal frigives.

Ikke engang de fleste videnskabsmænd ved endnu, hvad et gendrev er, eller hvordan man fungerer. Og at beskrive det for folk på Luo-dialekten (det sprog, som præsident Obamas far talte) er udfordrende, da sproget mangler et ord for DNA. Mukabana lånte ord fra engelsk og swahili og brugte blod som et synonym for gener.

Mukabana fortalte mig, at når folk i samfund, hvor børn dør af malaria, hører, at sygdommen kunne elimineres, er de for det. Og hvis der er en forsvarer af myg omkring Victoriasøen, mødte han ikke en. Folk vil ikke genere med, at myg udryddes, siger han.

skjule