Utrotningsuppfinningen

Malaria dödar en halv miljon människor varje år, mestadels barn i tropiska Afrika. Prislappen för att utrota sjukdomen uppskattas till mer än 100 miljarder dollar under 15 år. För att göra det skulle du behöva sängnät för alla, tiotusentals lådor med antimalarialäkemedel och miljontals liter insekticider. Men det skulle krävas mer än grejer. Du skulle behöva saker som de fattigaste länderna i världen inte har, som starka regeringar, köpkraft och fungerande offentliga hälsosystem. Så malaria fortsätter att döda.

Men tänk om du istället bara behövde en hink full med myggor?

Den här historien var en del av vårt majnummer 2016

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Jag såg en sådan uppfinning på Imperial College London. En elev ledde mig genom en ståldörr, under en kraftig vindpust, och in i ett fuktigt rum som var uppvärmt till 83 °F. Bakom glas klamrade sig myggor på sidorna av små burar täckta av vitt nät. På en varningsskylt stod det: DETTA BÅB HUS GENEDRIVE GM-MYGGOR. Den fortsatte med att varna för att insekternas DNA innehåller ett genetiskt element som har en förmåga att sprida sig i en oproportionerligt hög hastighet.

En gendrift är en konstgjord självisk gen som kan tvinga in sig själv i 99 procent av en organisms avkomma istället för den vanliga hälften. Och eftersom just den här genen får kvinnliga myggor att bli sterila, inom cirka 11 generationer – eller på ungefär ett år – skulle dess spridning döma varje population av myggor. Om den släpps ut på fältet kan tekniken leda till utrotning av malariamyggor och eventuellt stoppa överföringen av sjukdomen.

Anopheles gambiae myggor. Arten sprider malaria i Afrika.

Myggorna jag såg skapades som en del av Target Malaria, ett projekt som leds av Imperial College som i tysthet har expanderat till att involvera 16 institutioner och inkluderar team i Italien och tre afrikanska länder, Mali, Burkina Faso och Uganda, där säkra mygganläggningar för närvarande finns att vara klädd. Dess arbete finansieras av Microsoft-miljardären Bill Gates hälsostiftelse i Seattle. En tjänsteman där sa att stiftelsen nu anser att gendrifter är nödvändiga för att få slut på malaria och projekterar att tekniken kommer att vara redo år innan ett effektivt vaccin. Enligt en affärsplan som tagits fram för Gates Foundation kan de självutplånande myggorna släppas lös 2029.

Planen är att skingras Anopheles gambiae myggor som hyser själviska gener i Afrika söder om Sahara. Gendriften kan spridas över ett stort område av territorium, vilket gör att myggor försvinner och blockerar överföringen av parasiten som orsakar malaria. Malaria är ett problem med fattigdom, instabilitet och brist på politisk vilja, säger Andrea Crisanti, den italienska parasitologen och geningenjören som utvecklade insekterna vid Imperial College. Vi efterfrågar drivkraften att göra det vi inte kan göra politiskt eller ekonomiskt.

Förutom att hjälpa till med malaria, tror naturvårdare att gendriven teknologi kan rädda Hawaiis försvinnande inhemska fåglar (från fågelmalaria) eller kanske befria Australien från invasiva, destruktiva paddor som har hoppat västerut över kontinenten. Varför inte också eliminera Aedes aegypti , myggan som sprider denguefeber och Zika i Amerika?

Har något land, någon byrå eller enskild individ rätt att förändra naturen på ett sätt som kan påverka alla?

Tekniken skapar risker som samhället aldrig tidigare har behövt ta hänsyn till. Skulle borttagning av myggor störa ekosystemen? Riskerar vi en genetisk epidemi om det själviska DNA:t skulle hoppa över artbarriären för att påverka andra insekter? Mest förbryllande: vilket land, byrå eller individ har rätt att förändra naturen på ett sätt som kan påverka hela världen? Det är därför jag hatar malariaproblemet, säger Kevin Esvelt, en MIT-biolog som har varnat för de oöverträffade dilemman som gendrifter kommer att skapa. Det gör tekniken så lockande att använda.

Dessa frågor behöver svar snart. För bara 12 månader sedan var gendriven teknologi fortfarande en lovande teori. Inte längre. Snabba tekniska framsteg sker tack vare CRISPR, en ny genredigeringsteknik. På Imperials labb kikade jag genom ett mikroskop på en omogen mygga, kallad puppa, en hemsk varelse som ser ut som en semesterskinka med en hummersvans fäst. Inuti dess kropp kunde jag se eldiga fluorescerande fläckar där en konstgjord självisk gen var upptagen med att kopiera sig själv. De potentiellt ekosystemförändrande transformationerna hade mestadels utförts av en 27-årig student vid namn Andrew Hammond under några månader av sena nätter i labbet. Det finns så många coola sätt att bygga dessa, jublade Hammond. Det finns så många enkla saker att göra.

Och det är bara problemet. Tjänstemän i USA och på andra håll oroar sig för att det kan vara lite för lätt. FBI undersöker om gendrifter kan missbrukas, till exempel, för att skapa en designerpest. Och i maj förväntas USA:s National Academy of Sciences publicera rekommendationer för att minska ekologiska och andra risker inför alla fälttester. Tjugosju forskare skrev till Vetenskap med varningar för oavsiktlig frisättning av gendrivna organismer, något de fruktar skulle förstöra allmänhetens förtroende. Andra har sagt att forskningen borde klassificeras, även om det är för sent för det.

Föraktad art

Av de 3 500 arterna av myggor sprider cirka 30 malaria, även om tre nästan oskiljaktiga undertyper av Anopheles gambiae göra störst skada i Afrika. Mygghonans bett sprider plasmodiumparasiten, som ger människor feber och frossa genom att röda blodkroppar exploderar. Dessa tre myggor är de som Imperial siktar på för eliminering, säger Crisanti, svänger sina glasögon med en spets och hoppar upp från stolen.

Crisanti erkänner att gendriven teknologi skapar spänningar. Trycket kommer att öka för att använda tekniken, med tanke på de hälso- och sociala fördelar som ett slut på malaria kan medföra. Å andra sidan finns det ännu inga överenskomna regler eller rutiner för att utveckla en teknik som kan sprida sig bland vilda organismer. Gendriften är kontroversiell för potentialen att utplåna en art, säger han. Så det borde finnas en klar fördel.

Vid den italienska utposten Target Malaria, hona Anopheles myggor tar en blodmåltid. Tre dagar senare ska de lägga ägg.

En gendrift skulle inte nödvändigtvis döma dessa myggarter till utrotning. Fickor med myggor kan finnas kvar, eller så kan de förvaras i ett labb, om någon skulle vilja ta tillbaka dem. Men utrotning är ett möjligt resultat, säger Crisanti, särskilt om frisättningen av gendriften sammanföll med förhållanden som en torrperiod eller en förkylning. Arter dör ut hela tiden, naturligtvis, men jag undrade: är det etiskt att eliminera någon del av naturen med avsikt? Frågar du på ett darwinistiskt eller teologiskt sätt? Crisanti svarade. Jag tror att det är en arttävling mellan oss och myggan. Och jag tror inte att en art har rätt att existera eller inte existera. Han säger att arter har fitness – de har anpassat sig för att blomstra i sin miljönisch. För arter som vi hoppas kunna rädda kan vi använda gendrifter för att lägga till nyttiga gener, som sådana för sjukdomsresistens. För arter vi föraktar kan vi lägga till sådana som gör dem olämpliga för överlevnad.

Själviska gener

Target Malaria leds av Austin Burt, en evolutionsteoretiker vid Imperial College vars specialitet är själviska genetiska element. Dessa är parasitgener, som finns i många arter, som gör extra kopior av sig själva. (En, kallad P-elementet, lyckades till och med lifta sig in i genomet av varje fruktfluga på jorden under 1900-talet.) Burt var intresserad av en speciell sorts självisk gen som fanns i slemmögel, kallad endonukleas. Dessa skär upp DNA på mycket exakta ställen de känner igen och kan sedan, genom att erbjuda sig själva som en reparationsmall, lura en cell att kopiera dem. Burt drog slutsatsen att enkelheten i denna process lämnade den öppen för mänsklig konst, och i en artikel från 2003 beskrev han hur den kunde förvandlas till en utrotningsanordning.

Paradoxen Burt var tvungen att lösa är hur något mycket dåligt för myggor också kunde spridas av dem. Ett svar, såg han, var en självisk gen som är ofarlig om en kopia är närvarande men orsakar sterilitet om två kopior är det. (Precis som människor har myggor två uppsättningar kromosomer, en från varje förälder.) Från och med en manlig mygga med en kopia kommer den själviska genen att se till att den hamnar i var och en av hans spermier, snarare än bara hälften. På så sätt kommer alla avkommor med en vild mygga också att vara bärare, liksom alla deras avkommor. Som ett resultat kommer genen att skjuta igenom befolkningen.

Så småningom blir det troligt att alla parande myggpar båda kommer att vara bärare - och deras avkomma, med två kopior, kommer att vara infertila. Snabbt kommer befolkningen att krascha och rulla på sig från det genetiska giftet. På mitt exemplar av Burts tidning med hund i öronen, underströk jag dess avslutande meningar: Det är klart att tekniken som beskrivs här inte ska användas lättvindigt. Med tanke på det lidande som vissa arter orsakar, är det inte heller en att ignorera.

Burt är en pensionerad kanadensare som jag placerade på ett kontor som var i stort sett tomt, förutom en dator. Han serverade te som ingen drack och besvarade flera av mina mest provocerande formuleringar om bioteknikens enorma kraft genom att säga, um, ja. Han antog att han hade försökt patentera sin idé. Men det avvisades eftersom han hade få experimentella bevis vid den tiden för att bevisa att det kunde fungera. Jag ville tro att jag hade hittat på något, säger han.

Vid den tiden hade Crisantis labb precis bestämt hur man genmanipulerar Anopheles myggor – en förutsättning för att Burts idéer ska fungera. De ansökte till Gates Foundation om finansiering, och sedan dess har Gates spenderat 44 miljoner dollar på projektet, lätt den största summan som hittills spenderats på gendriven forskning.

Ändå var det svårt att konstruera en självisk gen som skulle fungera som förutspått av ekvationerna på Burts datorskärm. Crisantis team försökte anpassa själviska gener från slemmögel, men det var svårt att få dem att skära ut väldigt olika mygggener. År 2011 hade teamet en partiell prototyp men inget som kunde spridas brett i det vilda.

Sedan, i mars 2015, meddelade två flugbiologer i Kalifornien, Ethan Bier och hans student Valentino Gantz, att de hade skapat en självisk gen som uppfyllde Burts profetia. Det spred sig genom en population av labbflugor, vilket orsakade en genetisk förändring som gjorde insekterna gula. Istället för att kämpa med slemmögel hade Bier och Gantz använt Cas9, DNA-skivningsmolekylen blev känd för sin roll i genredigeringsteknologin som kallas CRISPR. Fördelen med Cas9 är att den lätt styrs för att klippa upp vilken DNA-sekvens du vill. Så de hade lagt till Cas9 till fruktflugans genom och berättat var den skulle skära.

Det är en arttävling mellan oss och myggan.

Detta innebar att med CRISPR kunde även ett team på två personer i teorin förändra en hel art. I december förra året hade Crisantis grupp och en annan, ledd av Bier och myggexperten Anthony James, båda använt CRISPR för att bygga gendrivningar som kan sprida egenskaper genom myggpopulationer i burar – och förmodligen även i naturen.

Med fler forskare som arbetar med gendrifter har risken för oavsiktlig frisättning blivit ett problem. Hade en av Biers insekter rymt in i Kaliforniens fruktträdgårdar, kunde den ha gjort alla flugor gula. I augusti skrev Burt, Bier och 25 andra ett brev till Vetenskap enas om behovet av stränga instängningsstrategier för att undvika ett genetiskt spill och uppmanar forskare att vägra förfrågningar om att dela de organismer de har skapat tills någon typ av regler kan listas ut.

Imperials mygglabb i London är definitivt inget Fort Knox, med studenter som kommer och går. Istället är en viktig säkerhetsåtgärd dess placering långt från det nuvarande intervallet Anopheles gambiae . Alla myggor som rymmer – eleverna kallar dem flygblad – skulle förmodligen bli sanslösa av torr luft och kyla så fort de träffade labbkorridorerna. Och även om man på något sätt tog sig 200 yards till Queen's Lawn, skulle den inte hitta någon annan mygga att para sig med. Myggorna jag såg i London är i alla fall inte redo för utsättning ännu. De är inte för friska – det skulle vara svårt för dem att konkurrera och reproducera sig i det vilda. Och i två av burarna började gendriften, som först spred sig snabbt, att försvinna efter några generationer av myggor. Den troliga orsaken är motstånd. En eller flera av myggorna kan ha utvecklat immunitet mot driften, kanske genom en slumpmässig DNA-mutation, och dessa myggas avkomma förökade sig snabbt.

Vi har några problem att lösa, men vi har många knep i skåpet, säger Tony Nolan, den vetenskapliga löjtnanten på Crisantis labb. En idé är att kombinera flera enheter och rikta in sig på tre olika DNA-platser samtidigt. Myggor kan så småningom utveckla motstånd mot alla tre, men kanske inte innan de alla är döda.

På en monitor lyser en mygglarv med ett fluorescerande spår.

Utplacera trupperna

Gates Foundation har spenderat 36,7 miljarder dollar på utbildning, folkhälsa och vacciner sedan starten 2000. Den andel som spenderas på gendrifter registreras knappt, ändå har tekniken fått en speciell lockelse för att lösa malaria, länge ett av Gates främsta mål. Om man skulle uppfinna det perfekta sättet att tackla ett problem i utvecklingsvärlden ... skulle det vara en gendrift, säger Fil Randazzo, biträdande direktör vid stiftelsen.

Om det fungerar blir det otroligt billigt, lätt att distribuera och jämlikt, vilket gynnar alla, rika som fattiga. Det kommer också att fortsätta fungera när det väl har släppts, vilket undviker ett vanligt problem: ofta är den svåraste delen av att utrota en sjukdom slutspelet, när uppmärksamheten vandrar någon annanstans och utgifterna per fall skjuter i höjden. I ett scenario som Randazzo beskrev för mig skulle hinkar med myggor släppas ut var 50:e kilometer eller så, vilket startade en kedjereaktion som under två år skulle flöda genom mellanliggande skogar och betesmarker och städer. Antalet överlevande myggor skulle kollapsa, till mindre än 1 procent av normala nivåer. Med hjälp av sängnät och sprayer skulle bett vara ett minimum, vilket bryter cirkeln av malariaöverföring. En kampanj för läkemedelsbehandling skulle då kunna rensa ut parasitens mänskliga reservoar – i vissa västafrikanska länder är 25 procent av befolkningen infekterad.

Gates Foundation har sagt att de inte längre tror att malaria kan utplånas utan en gendrift. Du kan inte gå runt med ett sängnät på dig hela tiden. Det kommer inte att eliminera malaria, säger Randazzo. Med en gendrift krävs ingen förändring av mänskligt beteende.

Imperial-teamet har börjat bygga matematiska modeller av geografi, klimat och andra faktorer för att få grepp om hur en gendrift kan agera i den verkliga världen. I Burkina Faso har forskare släppt Anopheles sköljs med fluorescerande damm för att spåra dem. Burt säger att han tror att en bilresa kan sprida sig fem till 20 kilometer om året från vilken utsättningspunkt som helst, och att färre än 500 myggor kan sätta igång reaktionen.

En labbarbetare utför DNA-tester på Polo d'Innovazione Genomica, i Perugia, Italien, en del av ett nätverk av laboratorier finansierat av Bill Gates som studerar gendrift.

Vissa forskare sa till mig att de tror att malariaprojektet är dömt. Tänk om olika myggor i stället överför sjukdomen? Guy Reeves, en evolutionär biolog vid Tysklands Max Planck-institut, förutspår att resistenta insekter kommer att vara huvudproblemet, och säger att de kommer att få tekniken att flöda. Vi kan inte satsa på det glänsande nya varje gång, säger Reeves, som tror att insekter baserade på Burts teorier aldrig kommer att visa sig vara tillräckligt förutsägbara för att kunna användas med något självförtroende.

I mars deltog omkring 75 policyexperter och forskare, inklusive Burt, i ett tre dagar långt symposium med stängda dörrar om gendrift i North Carolina. Människor som var där säger att oron var påtaglig över utsikterna till genetiska förändringar som kan spridas brett över gränserna. MIT:s Esvelt, som deltog, säger att problemet med malariaidén är att det kommer att ha en effekt på alla i Afrika men att det kommer att vara omöjligt att få alla att gå med på tekniken. Jag tror att Gates har all avsikt att driva det här framåt, säger han. Och frågan är, hur kan man göra det etiskt?

Randazzo säger att Gates organisation är fast besluten att överlämna den gendrivna tekniken till det afrikanska folket och låta dem bestämma. Ansträngningarna i denna riktning har kommit långt. Från och med 2012 började Target Malaria utveckla markverksamhet i en handfull afrikanska länder, utbilda forskare, bygga om insektslaboratorier och skicka team för att informera lokala samhällen.

Planen liknar en militär kampanj, komplett med övningar, manövrar och blankladdningar. Det inkluderar stegvis introduktion av genetiskt modifierade myggor som saknar gendrift. Även om dessa inte hjälper mot malaria, kan lokala forskare träna med dem och skapa en reglerande väg för den äkta varan. En ansökan om att importera Afrikas första genetiskt modifierade myggor är redan under behandling i Burkina Faso.

Små nätburar används för att hålla myggor för studier.

Men de verkliga gendrivna insekterna kommer att finnas kvar i Europa tills afrikanska länder har accepterat tekniken och dess konsekvenser. Anledningen är att i en tropisk plats, till skillnad från London, kan ett labbolycka som låter myggor fly få oåterkalleliga konsekvenser. Vi kommer inte att importera dem till Afrika förrän det har accepterats, eftersom vi inte tror att vi kan garantera 100 procent att det kommer att hållas inne, säger Delphine Thizy, statsvetaren som leder Target Malarias engagemangsteam.

Kommer människor i Afrika att vilja ha den här tekniken? Jag pratade med en kenyansk entomolog, Richard Mukabana, som arbetade på markkampanjen i samhällen runt Victoriasjön. Med hjälp av affischer och diagram besökte teamen landsbygden för att förklara idén, ofta för människor som är analfabeter. En tecknad serie som används för att förmedla vad som händer visar en blond forskare som håller en myggbur bredvid en brittisk flagga. Syftet med markarbetet är att skapa en social licens att driva - en typ av avtal, säger Mukabana, som inte är nedskrivet eller fäst på en vägg utan måste finnas om en gendrive någonsin ska släppas.

Inte ens de flesta forskare vet ännu vad en gendrift är, eller hur en fungerar. Och att beskriva det för människor på Luo-dialekten (språket som president Obamas far talade) är utmanande, eftersom språket saknar ett ord för DNA. Mukabana lånade ord från engelska och swahili och använde blod som en synonym för gener.

Mukabana berättade för mig att när människor i samhällen där barn dör av malaria hör att sjukdomen kan elimineras, är de för det. Och om det finns en försvarare av myggor runt Victoriasjön, träffade han ingen. Folk kommer inte att bry sig om att myggor dör ut, säger han.

Dölj