Ξέρετε, έχω μιλήσει για μερικές από αυτές τις εργασίες παλαιότερα, για το ανθρώπινο γονιδίωμα και τι αυτό μπορεί να σημαίνει, και για την ανακάλυψη νέων γονιδίων. Ξεκινάμε από ένα νέο σημείο: ψηφιοποιούμε την βιολογία, και σήμερα προσπαθούμε να πάμε από αυτόν τον ψηφιακό κώδικα σε μια νέα περίοδο για την βιολογία, σχεδιάζοντας και συνθέτοντας ζωή.
You know, I've talked about some of these projects before -- about the human genome and what that might mean, and discovering new sets of genes. We're actually starting at a new point: we've been digitizing biology, and now we're trying to go from that digital code into a new phase of biology with designing and synthesizing life.
Λοιπόν, πάντα προσπαθούσαμε να θέσουμε μεγάλες ερωτήσεις. "Τι είναι ζωή;" νομίζω όλοι οι βιολόγοι προσπαθούν να καταλάβουν σε διάφορα επίπεδα. Έχουμε προσπαθήσει διάφορες προσεγγίσεις, να την τεμαχίσουμε στα στοιχειώδη συστατικά. Την ψηφιοποιούμε τώρα, εδώ και περίπου 20 χρόνια. Όταν προσδιορίσαμε την αλληλουχία του ανθρώπινου γονιδιώματος, πήγαμε από τον αναλογικό κόσμο της βιολογίας στον ψηφιακό κόσμο των υπολογιστών. Τώρα προσπαθούμε να ρωτήσουμε, μπορούμε να αναπαράγουμε τη ζωή, ή μπορούμε να δημιουργήσουμε ζωή, από το ψηφιακό μας σύμπαν;
So, we've always been trying to ask big questions. "What is life?" is something that I think many biologists have been trying to understand at various levels. We've tried various approaches, paring it down to minimal components. We've been digitizing it now for almost 20 years; when we sequenced the human genome, it was going from the analog world of biology into the digital world of the computer. Now we're trying to ask, "Can we regenerate life or can we create new life out of this digital universe?"
Αυτός είναι ο χάρτης ενός μικρού οργανισμού, του Mycoplasma genitalium, που έχει το μικρότερο γονιδίωμα για ένα είδος που μπορεί να αυτο-αναπαραχθεί στο εργαστήριο. Και προσπαθούμε να δούμε αν μπορούμε να καταλήξουμε σε ένα ακόμα μικρότερο γονιδίωμα. Είμαστε ικανοί να αφαιρέσουμε έναν αριθμό εκατό γονιδίων από τα 500 περίπου που είναι εδώ. Αλλά όταν κοιτάμε τον μεταβολικό του χάρτη, είναι σχετικά απλός σε σύγκριση με τον δικό μας. Πιστέψτε με, αυτό είναι απλό. Αλλά όταν κοιτάμε όλα τα γονίδια που μπορούμε να αφαιρέσουμε κάθε φορά είναι πολύ απίθανο ότι αυτό θα παράξει ένα ζωντανό κύτταρο. Έτσι, αποφασίσαμε ότι ο μόνος δρόμος προς τα εμπρός ήταν να συνθέσουμε αυτό το χρωμόσωμα ώστε να μεταβάλλουμε τα συστατικά για να θέσουμε μερικά από αυτά τα πιο θεμελιώδη ερωτήματα. Και έτσι ξεκινήσαμε το δρόμο του, "Μπορούμε να συνθέσουμε ένα χρωμόσωμα;" Επιτρέπει η χημεία να φτιάξουμε αυτά τα πραγματικά μεγάλα μόρια για πρώτη φορά; Και, αν το κάνουμε, μπορούμε να ενεργοποιήσουμε το χρωμόσωμα? Ένα χρωμόσωμα, παρεμπιπτόντως, είναι απλά ένα κομμάτι από αδρανή χημικά στοιχεία. Λοιπόν, ο βηματισμός μας για την ψηφιοποίηση της ζωής συνεχώς αυξάνεται με έναν εκθετικό ρυθμό.
This is the map of a small organism, Mycoplasma genitalium, that has the smallest genome for a species that can self-replicate in the laboratory, and we've been trying to just see if we can come up with an even smaller genome. We're able to knock out on the order of 100 genes out of the 500 or so that are here. When we look at its metabolic map, it's relatively simple compared to ours -- trust me, this is simple -- but when we look at all the genes that we can knock out one at a time, it's very unlikely that this would yield a living cell. So we decided the only way forward was to actually synthesize this chromosome so we could vary the components to ask some of these most fundamental questions. And so we started down the road of: can we synthesize a chromosome? Can chemistry permit making these really large molecules where we've never been before? And if we do, can we boot up a chromosome? A chromosome, by the way, is just a piece of inert chemical material. So, our pace of digitizing life has been increasing at an exponential pace.
Η ικανότητά μας να γράφουμε γενετικό κώδικα προχωράει σχετικά αργά, όμως σημειώνει πρόοδο. Και η τελευταία κουκκίδα μας θα την βάλει τώρα σε εκθετική τροχιά. Το ξεκινήσαμε αυτό πριν 15 χρόνια. Πήρε αρκετά στάδια, είναι αλήθεια, ξεκινώντας με μια βιοηθική ανασκόπηση πριν ξεκινήσουμε τα πρώτα μας πειράματα. Αλλά φαίνεται πως το να συνθέσεις DNA είναι πολύ δύσκολο. Υπάρχουν δεκάδες χιλιάδες μηχανήματα στον κόσμο που δημιουργούν μικρά κομμάτια DNA, 30 με 50 γράμματα μήκος, και είναι μια εκφυλιστική διαδικασία, όσο μεγαλύτερο κάνεις το κομμάτι, τόσο περισσότερα λάθη γίνονται. Γι' αυτό έπρεπε να δημιουργήσουμε μια νέα μέθοδο για να ενώσουμε τα μικρά κομμάτια και να διορθώσουμε τα λάθη.
Our ability to write the genetic code has been moving pretty slowly but has been increasing, and our latest point would put it on, now, an exponential curve. We started this over 15 years ago. It took several stages, in fact, starting with a bioethical review before we did the first experiments. But it turns out synthesizing DNA is very difficult. There are tens of thousands of machines around the world that make small pieces of DNA -- 30 to 50 letters in length -- and it's a degenerate process, so the longer you make the piece, the more errors there are. So we had to create a new method for putting these little pieces together and correct all the errors.
Και αυτή ήταν η πρώτη μας προσπάθεια, ξεκινώντας με την ψηφιακή πληροφορία του γονιδιώματος του Phi X 174. Είναι ένας μικρός ιός που σκοτώνει βακτήρια. Σχεδιάσαμε τα κομμάτια, τα διορθώσαμε, και είχαμε ένα μόριο DNA με περίπου 5000 γράμματα. Το εντυπωσιακό ήταν όταν πήραμε αυτό το κομμάτι αδρανούς χημικής (ουσίας) και το βάλαμε στα βακτήρια, και τα βακτήρια άρχισαν να διαβάζουν το γενετικό κώδικα, έφτιαξαν τα ιϊκά σωματίδια. Τα ιϊκά σωματίδια τότε απελευθερώθηκαν από τα κύτταρα, μετά επέστρεψαν και σκότωσαν την E. coli. Μιλούσα στην πετρελαιοβιομηχανία πρόσφατα, και είπαν πως κατανοούν ξεκάθαρα αυτό το μοντέλο.
And this was our first attempt, starting with the digital information of the genome of phi X174. It's a small virus that kills bacteria. We designed the pieces, went through our error correction and had a DNA molecule of about 5,000 letters. The exciting phase came when we took this piece of inert chemical and put it in the bacteria, and the bacteria started to read this genetic code, made the viral particles. The viral particles then were released from the cells and came back and killed the E. coli. I was talking to the oil industry recently and I said they clearly understood that model.
(Γέλια)
(Laughter)
Αυτοί γέλασαν περισσότερο από εσάς.
They laughed more than you guys are. (Laughter)
Και πιστεύουμε αυτή είναι μια κατάσταση όπου το λογισμικό μπορεί στην πραγματικότητα να χτίσει τον εξοπλισμό σε ένα βιολογικό σύστημα. Αλλά θέλαμε να πάμε πολύ πιο μακριά. Θέλαμε να χτίσουμε ολόκληρο το βακτηριακό χρωμόσωμα. Είναι περισσότερα από 580.000 γράμματα γενετικού κώδικα. Έτσι σκεφτήκαμε να το χτίσουμε σε κασέτες, στο μέγεθος των ιών, ώστε να μπορούμε να μεταβάλλουμε τις κασέτες για να καταλάβουμε ποιά είναι τα ζωτικά χαρακτηριστικά ενός ζωντανού κυττάρου. Ο σχεδιασμός είναι κρίσιμος, και όταν ξεκινάς με ψηφιακή πληροφορία στον υπολογιστή, αυτή η ψηφιακή πληροφορία πρέπει να είναι πραγματικά ακριβής. Όταν πρωτο-προσδιορίσαμε την αλληλουχία αυτού του γονιδιώματος το 1995, η ακρίβειά μας ήταν ένα λάθος ανά 10.000 ζεύγη βάσεων. Κατά τον επαναπροσδιορισμό της αλληλουχίας βρήκαμε 30 λάθη. Αν είχαμε χρησιμοποιήσει αυτήν την αρχική αλληλουχία, ποτέ δε θα μπορούσε να ενεργοποιηθεί. Κομμάτι του σχεδιασμού είναι να σχεδιάζουμε κομμάτια μήκους 50 γραμμάτων που πρέπει να αλληλοεπικαλύπτονται με όλα τα άλλα κομμάτια 50 γραμμάτων για να σχηματίσουν μικρότερες υποομάδες πρέπει να τα σχεδιάσουμε ώστε να πηγαίνουν μαζί. Σχεδιάσαμε μοναδικά στοιχεία εκεί μέσα.
And so, we think this is a situation where the software can actually build its own hardware in a biological system. But we wanted to go much larger: we wanted to build the entire bacterial chromosome -- it's over 580,000 letters of genetic code -- so we thought we'd build them in cassettes the size of the viruses so we could actually vary the cassettes to understand what the actual components of a living cell are. Design is critical, and if you're starting with digital information in the computer, that digital information has to be really accurate. When we first sequenced this genome in 1995, the standard of accuracy was one error per 10,000 base pairs. We actually found, on resequencing it, 30 errors; had we used that original sequence, it never would have been able to be booted up. Part of the design is designing pieces that are 50 letters long that have to overlap with all the other 50-letter pieces to build smaller subunits we have to design so they can go together. We design unique elements into this.
Μπορεί να ακούσατε ότι βάλαμε ένα υδατογράφημα. Σκεφτείτε: Έχουμε έναν γενετικό κώδικα τεσσάρων γραμμάτων: A, C, G και T. Τριπλέτες αυτών των γραμμάτων -- κωδικοποιούν περίπου 20 αμινοξέα -- ώστε να δημιουργείται ένα ξεχωριστό γράμμα για κάθε αμινοξύ. Επομένως μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον γενετικό κώδικα για να γράψουμε λέξεις, προτάσεις, σκέψεις. Αρχικά, αυτό που κάναμε ήταν να βάλουμε το αυτόγραφό μας. μερικοί απογοητεύτηκαν που δεν βάλαμε ποίηση. Σχεδιάσαμε αυτά τα κομμάτια έτσι ώστε να τα ενώνουμε με ένζυμα. Αυτά τα ένζυμα τα επιδιορθώνουν και τα συναρμολογούν. Και ξεκινήσαμε να φτιάχνουμε κομμάτια, ξεκινώντας με κομμάτια πέντε με 7.000 γραμμάτων, τα ενώσαμε για να σχηματίσουμε κομμάτια 24.000 γραμμάτων μετά ενώσαμε ζεύγη από αυτά, φτάνοντας τα 72.000 (γράμματα).
You may have read that we put watermarks in. Think of this: we have a four-letter genetic code -- A, C, G and T. Triplets of those letters code for roughly 20 amino acids, such that there's a single letter designation for each of the amino acids. So we can use the genetic code to write out words, sentences, thoughts. Initially, all we did was autograph it. Some people were disappointed there was not poetry. We designed these pieces so we can just chew back with enzymes; there are enzymes that repair them and put them together. And we started making pieces, starting with pieces that were 5,000 to 7,000 letters, put those together to make 24,000-letter pieces, then put sets of those going up to 72,000.
Σε κάθε στάδιο, δημιουργούσαμε άφθονα κομμάτια ώστε να βρίσκουμε την αλληλουχία τους επειδή προσπαθούμε να δημιουργήσουμε μια διαδικασία εξαιρετικά ισχυρή -- θα τη δείτε σε ένα λεπτό. Προσπαθούμε να φτάσουμε σε σημείο αυτοματισμού. Λοιπόν, αυτό μοιάζει με τα πλέι οφ του μπάσκετ. Όταν φτάνουμε σε αυτά τα πραγματικά μεγάλα κομμάτια -- πάνω από 100,000 ζεύγη βάσεων -- σταματούν να αυξάνονται εύκολα στην E. coli. Εξαντλούνται όλα τα σύγχρονα εργαλεία της μοριακής βιολογίας. Και έτσι στραφήκαμε σε άλλους μηχανισμούς. Γνωρίζουμε έναν μηχανισμό που λέγεται ομόλογος ανασυνδυασμός, που η βιολογία χρησιμοποιεί για την επιδιόρθωση του DNA, ο οποίος ενώνει κομμάτια μεταξύ τους. Εδώ είναι ένα παράδειγμα. Υπάρχει ένας οργανισμός που ονομάζεται Deinococcus radiodurans που μπορεί να δεχτεί τρία εκατομμύρια ακτίνια ακτινοβολίας.
At each stage, we grew up these pieces in abundance so we could sequence them because we're trying to create a process that's extremely robust that you can see in a minute. We're trying to get to the point of automation. So, this looks like a basketball playoff. When we get into these really large pieces over 100,000 base pairs, they won't any longer grow readily in E. coli -- it exhausts all the modern tools of molecular biology -- and so we turned to other mechanisms. We knew there's a mechanism called homologous recombination that biology uses to repair DNA that can put pieces together. Here's an example of it: there's an organism called Deinococcus radiodurans that can take three millions rads of radiation.
Βλέπετε στο πάνω μέρος, ότι το χρωμόσωμά του απλά διαλύεται. 12 με 24 ώρες μετά το συναρμολογεί ξανά, ακριβώς όπως ήταν πριν. Έχουμε εκατοντάδες οργανισμούς που μπορούν να το κάνουν αυτό. Αυτοί οι οργανισμοί μπορούν κυριολεκτικά να αποξηρανθούν. Μπορούν να ζουν στο κενό. Είμαι απολύτως βέβαιος ότι μπορεί να υπάρξει ζωή στο διάστημα, να περιφέρεται, να βρει ένα νέο υδάτινο περιβάλλον. Στην πραγματικότητα, η NASA έχει δείξει ότι πολλά από αυτά είναι εκεί έξω.
You can see in the top panel, its chromosome just gets blown apart. Twelve to 24 hours later, it put it back together exactly as it was before. We have thousands of organisms that can do this. These organisms can be totally desiccated; they can live in a vacuum. I am absolutely certain that life can exist in outer space, move around, find a new aqueous environment. In fact, NASA has shown a lot of this is out there.
Εδώ είναι η μικροσκόπηση του μορίου που χτίσαμε χρησιμοποιώντας αυτές τις διαδικασίες -- μάλλον χρησιμοποιώντας μόνο τους μηχανισμούς της μαγιάς αφού σχεδιάσουμε σωστά τα κομμάτια, τα βάζουμε μέσα. Η μαγιά τα συναρμολογεί αυτόματα. Αυτό δεν είναι ηλεκτρονικό μικροσκόπιο· είναι ένα συνηθισμένο φωτομικροσκόπιο. Είναι τόσο μεγάλο το μόριο που το βλέπουμε με οπτικό μικροσκόπιο. Αυτές είναι εικόνες σε μια περίοδο έξι δευτερολέπτων.
Here's an actual micrograph of the molecule we built using these processes, actually just using yeast mechanisms with the right design of the pieces we put them in; yeast puts them together automatically. This is not an electron micrograph; this is just a regular photomicrograph. It's such a large molecule we can see it with a light microscope. These are pictures over about a six-second period.
Αυτή είναι η δημοσίευση που κάναμε πριν λίγο καιρό. Πρόκειται για γενετικό κώδικα άνω των 580.000 γραμμάτων. Είναι το μεγαλύτερο μόριο που φτιάχτηκε ποτέ από άνθρωπο με καθορισμένη δομή. Έχει πάνω από 300 χιλιάδες μοριακό βάρος. Εάν το τυπώναμε με γραμματοσειρά 10 και χωρίς κενά, θα χρειάζονταν 142 σελίδες μόνο για να εκτυπώσουν αυτόν τον γενετικό κώδικα. Λοιπόν, πώς ξεκινάμε ένα χρωμόσωμα; Πώς το ενεργοποιούμε; Προφανώς, με έναν ιό είναι σχετικά απλό. Είναι πολύ πιο περίπλοκο όταν έχεις να κάνεις με βακτήρια. Επίσης είναι πιο απλό σε ευκαρυώτες όπως εμείς: απλά βγάζεις τον πυρήνα και βάζεις κάποιον άλλο, πρόκειται περί κλωνοποίησης όπως όλοι έχετε ακούσει. Στα αρχαία βακτήρια, το χρωμόσωμα είναι εξ ολοκλήρου μέσα στο κύτταρο, πρόσφατα όμως δείξαμε ότι μπορούμε να κάνουμε ολική μεταμόσχευση ενός χρωμοσώματος από κύτταρο σε κύτταρο και να το ενεργοποιήσουμε. Καθαρίσαμε το χρωμόσωμα από ένα συγκεκριμένο μικροβιακό είδος. Πάνω κάτω, αυτά τα δύο απέχουν όσο ο άνθρωπος με το ποντίκι. Προσθέσαμε μερικά έξτρα γονίδια ώστε να μπορούμε να εντοπίσουμε αυτό το χρωμόσωμα. Το πέψαμε με ένζυμα για να εξαλειφθούν όλες οι πρωτεΐνες. Και ήταν εντυπωσιακό όταν το βάλαμε στο κύτταρο -- και θα εκτιμήσετε το σοφιστικέ γράφημά μας εδώ -- το νέο χρωμόσωμα μπήκε μέσα στο κύτταρο. πιστέψαμε ότι φτάσαμε όσο δεν πάει άλλο, αλλά θελήσαμε να εξελίξουμε τη διαδικασία λίγο ακόμα.
So, this is the publication we had just a short while ago. This is over 580,000 letters of genetic code; it's the largest molecule ever made by humans of a defined structure. It's over 300 million molecular weight. If we printed it out at a 10 font with no spacing, it takes 142 pages just to print this genetic code. Well, how do we boot up a chromosome? How do we activate this? Obviously, with a virus it's pretty simple; it's much more complicated dealing with bacteria. It's also simpler when you go into eukaryotes like ourselves: you can just pop out the nucleus and pop in another one, and that's what you've all heard about with cloning. With bacteria and Archaea, the chromosome is integrated into the cell, but we recently showed that we can do a complete transplant of a chromosome from one cell to another and activate it. We purified a chromosome from one microbial species -- roughly, these two are as distant as human and mice -- we added a few extra genes so we could select for this chromosome, we digested it with enzymes to kill all the proteins, and it was pretty stunning when we put this in the cell -- and you'll appreciate our very sophisticated graphics here. The new chromosome went into the cell. In fact, we thought this might be as far as it went, but we tried to design the process a little bit further.
Αυτός εδώ είναι ένας από τους κύριους μηχανισμούς εξέλιξης. Σχεδόν όλα τα είδη έχουν δεχτεί ένα δεύτερο χρωμόσωμα ή ένα τρίτο από κάπου, προσθέτοντας εκατοντάδες χαρακτηριστικά στο είδος σε δευτερόλεπτα. Έτσι όσοι νομίζουν ότι εξέλιξη είναι η αλλαγή ενός γονιδίου κάθε φορά έχουν χάσει πολλά από τη βιολογία.
This is a major mechanism of evolution right here. We find all kinds of species that have taken up a second chromosome or a third one from somewhere, adding thousands of new traits in a second to that species. So, people who think of evolution as just one gene changing at a time have missed much of biology.
Αυτά τα ένζυμα ονομάζονται περιοριστικά ένζυμα και πραγματικά πέπτουν το DNA. Το χρωμόσωμα που υπήρχε στο κύτταρο δεν είχε κάποιο. Το χρωμόσωμα που βάλαμε είχε. (Το ένζυμο) εκφράστηκε, και αναγνώρισε το άλλο χρωμόσωμα ως ξένο, το τεμάχισε, και καταλήξαμε σε ένα κύτταρο με μόνο το νέο χρωμόσωμα. Έγινε μπλε εξαιτίας των γονιδίων που βάλαμε μέσα. Και μέσα σε ένα σύντομο χρονικό διάστημα, όλα τα χαρακτηριστικά του είδους χάθηκαν, και μετατράπηκε σε ένα εντελώς νέο είδος, βασισμένο στο νέο λογισμικό που βάλαμε στο κύτταρο. Όλες οι πρωτεΐνες άλλαξαν, η μεμβράνη άλλαξε -- όταν διαβάσαμε τον γενετικό κώδικα, ήταν ακριβώς αυτός που είχαμε μεταφέρει.
There are enzymes called restriction enzymes that actually digest DNA. The chromosome that was in the cell doesn't have one; the chromosome we put in does. It got expressed and it recognized the other chromosome as foreign material, chewed it up, and so we ended up just with a cell with the new chromosome. It turned blue because of the genes we put in it. And with a very short period of time, all the characteristics of one species were lost and it converted totally into the new species based on the new software that we put in the cell. All the proteins changed, the membranes changed; when we read the genetic code, it's exactly what we had transferred in.
Λοιπόν, αυτό μπορεί να μοιάζει με γενωμική αλχημεία, όμως μπορούμε, μετακινώντας DNA λογισμικό, να αλλάξουμε δραματικά τα πράγματα. Τώρα, επιμένω πως δεν πρόκειται για Γένεση -- πρόκειται για χτίσιμο πάνω σε τρεισήμισι δισεκατομμύρια έτη εξέλιξης, και πιστεύω ότι είμαστε κοντά στη δημιουργία μιας νέου είδους Κάμβριας έκρηξης όπου θα έχουμε μια μαζική δημιουργία νέων ειδών βασισμένη στο ψηφιακό σχεδιασμό.
So, this may sound like genomic alchemy, but we can, by moving the software of DNA around, change things quite dramatically. Now I've argued, this is not genesis; this is building on three and a half billion years of evolution. And I've argued that we're about to perhaps create a new version of the Cambrian explosion, where there's massive new speciation based on this digital design.
Γιατί να το κάνουμε αυτό; Πιστεύω είναι προφανές κρίνοντας από τις ανάγκες μας. Είμαστε κοντά στο να πάμε από εξήμισι σε 9 δις πληθυσμό τα επόμενα 40 χρόνια. Από τη δική μου μεριά: Γεννήθηκα το 1946. Σήμερα υπάρχουν τρεις άνθρωποι στον πλανήτη για κάθε έναν από εμάς το 1946· σε 40 χρόνια, θα γίνουν τέσσερις. Έχουμε πρόβλημα να θρέψουμε, να παρέχουμε καθαρό νερό, φάρμακα, καύσιμα για τα εξήμισι δις. Πόσο μάλλον για τα εννιά. Χρησιμοποιούμε πάνω από 5 δις τόνους άνθρακα, 30+ δις βαρέλια πετρελαίου. αυτό είναι εκατό χιλιάδες βαρέλια την ημέρα. Όταν προσπαθούμε να σκεφτούμε μια βιολογική διαδικασία ή οποιαδήποτε διαδικασία για να την αντικαταστήσει, θα είναι μια μεγάλη πρόκληση. Μετά είναι και όλο το CO2 από αυτό το υλικό που καταλήγει στην ατμόσφαιρα.
Why do this? I think this is pretty obvious in terms of some of the needs. We're about to go from six and a half to nine billion people over the next 40 years. To put it in context for myself: I was born in 1946. There are now three people on the planet for every one of us that existed in 1946; within 40 years, there'll be four. We have trouble feeding, providing fresh, clean water, medicines, fuel for the six and a half billion. It's going to be a stretch to do it for nine. We use over five billion tons of coal, 30 billion-plus barrels of oil -- that's a hundred million barrels a day. When we try to think of biological processes or any process to replace that, it's going to be a huge challenge. Then of course, there's all that CO2 from this material that ends up in the atmosphere.
Σήμερα, από τις ανακαλύψεις στον κόσμο γύρω μας, έχουμε μια βάση δεδομένων από 20 χιλιάδες γονίδια, και θέλω να τα βλέπω ως τα συστατικά για το σχεδιασμό του μέλλοντος. Η βιομηχανία ηλεκτρονικών είχε μόνο μια ντουζίνα συστατικά, και δείτε την ποικιλία που δημιουργήθηκε από αυτά. Εμείς εδώ περιοριζόμαστε από τη βιολογική πραγματικότητα και τη φαντασία μας. Σήμερα έχουμε τεχνικές, εξαιτίας αυτών των ταχέως αναπτυσσόμενων μεθόδων σύνθεσης, να κάνουμε αυτό που καλείται συνθετική γενωμική. Έχουμε τη δυνατότητα να χτίσουμε ένα μεγάλο ρομπότ που θα φτιάχνει χίλια χρωμοσώματα την ημέρα. Όταν σκέφτεστε την επεξεργασία αυτών των 20 χιλιάδων διαφορετικών γονιδίων, ή τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας για την παραγωγή οκτανίων ή φαρμάκων, νέων εμβολίων, μπορούμε να αλλάξουμε, μόνο με μια μικρή ομάδα, να εφαρμόσουμε περισσότερη μοριακή βιολογία απ' ότι τα τελευταία 20 έτη όλης της επιστήμης. Και είναι απλώς τυπική επιλογή. Μπορούμε να επιλέξουμε για βιωσιμότητα, χημικά ή παραγωγή καυσίμων, παραγωγή εμβολίων κτλ.
We now, from our discovery around the world, have a database with about 20 million genes, and I like to think of these as the design components of the future. The electronics industry only had a dozen or so components, and look at the diversity that came out of that. We're limited here primarily by a biological reality and our imagination. We now have techniques, because of these rapid methods of synthesis, to do what we're calling combinatorial genomics. We have the ability now to build a large robot that can make a million chromosomes a day. When you think of processing these 20 million different genes or trying to optimize processes to produce octane or to produce pharmaceuticals, new vaccines, we can just with a small team, do more molecular biology than the last 20 years of all science. And it's just standard selection: we can select for viability, chemical or fuel production, vaccine production, etc.
Αυτό είναι ένα στιγμιότυπο από ένα λογισμικό σχεδιασμού το οποίο αναπτύσσουμε ώστε να μπορούμε να καθόμαστε και να σχεδιάζουμε είδη στον υπολογιστή. Ξέρετε, δεν γνωρίζουμε ακριβώς πώς θα φαίνονται. Ξέρουμε όμως ακριβώς πώς θα φαίνεται ο γενετικός τους κώδικας. Επικεντρωνόμαστε τώρα σε τέταρτης γενιάς καύσιμα. Είδατε πρόσφατα ότι η μετατροπή του καλαμποκιού σε αιθανόλη ήταν απλά ένας κακός πειραματισμός. Έχουμε δεύτερης και τρίτης γενιάς καύσιμα που θα βγουν στην αγορά πολύ σύντομα. πρόκειται για μετατροπή ζάχαρης σε υψηλότερης ποιότητας καύσιμα όπως οκτάνιο ή διάφορα είδη βουτανόλης.
This is a screen snapshot of some true design software that we're working on to actually be able to sit down and design species in the computer. You know, we don't know necessarily what it'll look like: we know exactly what their genetic code looks like. We're focusing on now fourth-generation fuels. You've seen recently, corn to ethanol is just a bad experiment. We have second- and third-generation fuels that will be coming out relatively soon that are sugar, to much higher-value fuels like octane or different types of butanol.
Όμως ο μόνος δρόμος που πιστεύουμε ότι η βιολογία μπορεί να έχει έναν μείζονα αντίκτυπο, χωρίς να αυξήσει περαιτέρω το κόστος του τροφίμου και να μειώσει τη διαθεσιμότητά του είναι αν ξεκινήσουμε με πρώτη ύλη το CO2. και έτσι δουλεύουμε στον σχεδιασμό κυττάρων προς αυτή την κατεύθυνση, και πιστεύουμε ότι θα έχουμε τα πρώτα τέταρτης γενιάς καύσιμα σε περίπου 18 μήνες. Ηλιοφάνεια και CO2 είναι μία μέθοδος -- (Χειροκρότημα) -- όμως κατά την ανακάλυψη του κόσμου γύρω μας, έχουμε πολλές περισσότερες μεθόδους.
But the only way we think that biology can have a major impact without further increasing the cost of food and limiting its availability is if we start with CO2 as its feedstock, and so we're working with designing cells to go down this road. And we think we'll have the first fourth-generation fuels in about 18 months. Sunlight and CO2 is one method ... (Applause) but in our discovery around the world, we have all kinds of other methods.
Αυτός είναι ένας οργανισμός που περιγράψαμε το 1996. Ζει στον βαθύ ωκεανό, σε περίπου ενάμιση μίλι βάθος, σε σχεδόν θερμοκρασία βρασμού. Μετατρέπει το CO2 σε μεθάνιο χρησιμοποιώντας μοριακό υδρογόνο ως πηγή ενέργειας. Προσπαθούμε να δούμε αν μπορούμε να δεσμεύσουμε το CO2, που μπορεί εύκολα να μεταφερθεί σε περιοχές, όπου θα μετατραπεί ξανά σε καύσιμο, για να προωθήσει αυτήν τη διαδικασία.
This is an organism we described in 1996. It lives in the deep ocean, about a mile and a half deep, almost at boiling-water temperatures. It takes CO2 to methane using molecular hydrogen as its energy source. We're looking to see if we can take captured CO2, which can easily be piped to sites, convert that CO2 back into fuel to drive this process.
Έτσι σε σύντομο χρονικό διάστημα, πιστεύουμε θα εμβαθύνουμε στο βασικό ερώτημα του "Τι είναι ζωή;" Πραγματικά, ξέρετε -- έχουμε μέτριους στόχους την αντικατάσταση ολόκληρης της πετρελαιο-χημικής βιομηχανίας.
So, in a short period of time, we think that we might be able to increase what the basic question is of "What is life?" We truly, you know, have modest goals of replacing the whole petrol-chemical industry --
(Γέλια) (Χειροκρότημα)
(Laughter) (Applause)
Ναι. Αν δεν μπορείς να το κάνεις αυτό στο TED, πού μπορείς;
Yeah. If you can't do that at TED, where can you? --
(Γέλια)
(Laughter)
Να γίνουμε μια μείζων πηγή ενέργειας. Επίσης, δουλεύουμε, ώστε χρησιμοποιώντας τα ίδια εργαλεία να δημιουργούμε άμεσα εμβόλια. Είδατε φέτος με τη γρίπη, είμαστε πάντα καθυστερημένοι και ανεπαρκώς προετοιμασμένοι όσον αφορά το σωστό εμβόλιο. Νομίζω αυτό μπορεί να αλλάξει φτιάχνοντας συνδυαστικά εμβόλια εκ των προτέρων. Κάπως έτσι θα φαίνεται το μέλλον αλλάζοντας το εξελικτικό δέντρο, επιταχύνοντας την εξέλιξη με συνθετικά βακτήρια, αρχαία, και τελικά ευκαρυώτες. Είμαστε πολύ μακριά από το να βελτιώσουμε τους ανθρώπους. Στόχος μας είναι να σιγουρέψουμε ότι θα έχουμε την ευκαιρία επιβιώνοντας αρκετά, ίσως να το κάνουμε. Σας ευχαριστώ πολύ.
become a major source of energy ... But also, we're now working on using these same tools to come up with instant sets of vaccines. You've seen this year with flu; we're always a year behind and a dollar short when it comes to the right vaccine. I think that can be changed by building combinatorial vaccines in advance. Here's what the future may begin to look like with changing, now, the evolutionary tree, speeding up evolution with synthetic bacteria, Archaea and, eventually, eukaryotes. We're a ways away from improving people: our goal is just to make sure that we have a chance to survive long enough to maybe do that. Thank you very much.
(Χειροκρότημα)
(Applause)