In der Pause wurde ich von mehreren Leuten nach einem Kommentar zur Debatte um das Altern gebeten. Dies wird mein einziger Kommentar dazu sein. Soweit ich weiß, leben Optimisten deutlich länger als Pessimisten. (Gelächter)
At the break, I was asked by several people about my comments about the aging debate. And this will be my only comment on it. And that is, I understand that optimists greatly outlive pessimists. (Laughter)
In den kommenden 18 Minuten werde ich Ihnen berichten, wie wir dabei sind, ausgehend vom Lesen des genetischen Codes die ersten Schritte zu unternehmen, den Code selbst zu schreiben. Diesen Monat ist es gerade 10 Jahre her dass wir die erste Sequenz eines frei lebenden Organismus veröffentlicht haben, die von Haemophilus influenza. Dabei reduzierten wir die für ein Genom Projekt nötige Zeit von 13 Jahren auf vier Monate. Das gleiche Genomprojekt können wir nun bereits innerhalb von zwei bis acht Stunden durchführen. Im letzten Jahrzehnt wurden eine Vielzahl an Genomen dazugefügt: die meisten menschlichen Pathogene, ein paar Pflanzen, einige Insekten und Säugetiere, einschliesslich des menschlichen Genoms. Man dachte in der Genomik vor ein wenig mehr als 10 Jahren, dass man bis Ende dieses Jahres zwischen drei und fünf Genome sequenziert haben dürfte; es sind bereits hunderte. Wir haben gerade Forschungsgelder von der Gordon and Betty Moore Stiftung bekommen um in diesem Jahr 130 Genome zu sequenzieren - als ein Nebenprojekt zur Analyse von Umweltorganismen. Die Geschwindigkeit, mit der wir den genetischen Codes lesen, hat sich also verändert.
What I'm going to tell you about in my 18 minutes is how we're about to switch from reading the genetic code to the first stages of beginning to write the code ourselves. It's only 10 years ago this month when we published the first sequence of a free-living organism, that of haemophilus influenzae. That took a genome project from 13 years down to four months. We can now do that same genome project in the order of two to eight hours. So in the last decade, a large number of genomes have been added: most human pathogens, a couple of plants, several insects and several mammals, including the human genome. Genomics at this stage of the thinking from a little over 10 years ago was, by the end of this year, we might have between three and five genomes sequenced; it's on the order of several hundred. We just got a grant from the Gordon and Betty Moore Foundation to sequence 130 genomes this year, as a side project from environmental organisms. So the rate of reading the genetic code has changed.
Aber in Anbetracht dessen, was es dort draussen gibt, haben wir gerade erst begonnen zu erkunden, was es auf diesem Planeten gibt. Weil Mikroben unsichtbar sind, ist den meisten Menschen nicht klar, dass sie ungefähr die Hälfte der Biomasse auf der Erde ausmachen, während alle Tiere zusammen nur ungefähr ein tausendstel auf die Waage bringen. Vielleicht haben Menschen aus Oxford dazu nicht nicht oft Gelegenheit, aber bedenken Sie, wenn sie Sie jemals ans Meer kommen und dort einen Schluck Meerwasser nehmen, dass jeder Milliliter etwa eine Million Bakterien und um die 10 Millionen Viren enthält.
But as we look, what's out there, we've barely scratched the surface on what is available on this planet. Most people don't realize it, because they're invisible, but microbes make up about a half of the Earth's biomass, whereas all animals only make up about one one-thousandth of all the biomass. And maybe it's something that people in Oxford don't do very often, but if you ever make it to the sea, and you swallow a mouthful of seawater, keep in mind that each milliliter has about a million bacteria and on the order of 10 million viruses.
Vor zwei Jahren waren weniger als 5000 mikrobielle Arten beschrieben, deshalb haben wir uns entschieden, daran etwas zu ändern. Wir begannen die Sorcerer II Expedition die wie andere große ozeanographische Expeditionen zum Ziel hat, alle 320 km eine Probe des Ozeans zu nehmen. Wir begannen mit unserem Testprojekt auf den Bermuda Inseln, reisten nach Norden bis nach Halifax, arbeiteten uns von dort die Ostküste der Vereinigten Staaten hinab, durch das Karibische Meer, den Panama Kanal, bis zu den Galapagos Inseln und überquerten den Pazifik. Jetzt sind wir dabei, uns durch den Indischen Ozean zu arbeiten. Es ist eine sehr schwere Arbeit; wir arbeiten auf einem Segelschiff, unter anderem auch um junge Leute für die Wissenschaft zu begeistern. Die Experimente sind unglaublich einfach. Wir nehmen einfach Meerwasser, filtern es, und sammeln unterschiedlich grosse Organismen in unterschiedlichen Filtern. Dann bringen wir ihre DNS in unser Labor in Rockville, wo wir alle 24 Stunden einhundert Millionen Buchstaben ihres genetischen Codes entschlüsseln können. Dabei haben wir einige erstaunliche Entdeckungen gemacht.
Less than 5,000 microbial species have been characterized as of two years ago, and so we decided to do something about it. And we started the Sorcerer II Expedition, where we were, as with great oceanographic expeditions, trying to sample the ocean every 200 miles. We started in Bermuda for our test project, then moved up to Halifax, working down the U.S. East Coast, the Caribbean Sea, the Panama Canal, through to the Galapagos, then across the Pacific, and we're in the process now of working our way across the Indian Ocean. It's very tough duty; we're doing this on a sailing vessel, in part to help excite young people about going into science. The experiments are incredibly simple. We just take seawater and we filter it, and we collect different size organisms on different filters, and then take their DNA back to our lab in Rockville, where we can sequence a hundred million letters of the genetic code every 24 hours. And with doing this, we've made some amazing discoveries.
Zum Beispiel dachte man, dass es nur ein oder zwei Organismen in diesem Ökosystem gäbe, die die gleichen lichtempfindlichen Pigmente besitzen, die wir auch in unseren Augen haben. Aber es stellte sich heraus, dass fast jede Art in den oberen Meereschichten in den warmen Teilen der Welt dieselben Photorezeptoren besitzt und Sonnenlicht als Energiequelle und für die Kommunikation verwendet. An einer Stelle entdeckten wir in einem Fass [ca. 120 Liter] Meerwasser 1,3 Millionen neue Gene und nicht weniger als 50.000 neue Spezies.
For example, it was thought that the visual pigments that are in our eyes -- there was only one or two organisms in the environment that had these same pigments. It turns out, almost every species in the upper parts of the ocean in warm parts of the world have these same photoreceptors, and use sunlight as the source of their energy and communication. From one site, from one barrel of seawater, we discovered 1.3 million new genes and as many as 50,000 new species.
Wir haben die Analyse jetzt mit Forschungsgeldern der Sloan Stiftung auf die Luft ausgedehnt. Wir messen, wie viele Viren und Bakterien wir täglich ein- und ausatmen, insbesondere in Flugzeugen oder geschlossenen Zuschauerräumen. (Gelächter) Wir filtern die Luft mit einfachen Geräten; wir sammeln in der Grössenordnung von einer Milliarde Mikroben an nur einem Tag indem wir die Luft auf dem Dach eines Gebäudes in New York City filtern. Derzeit sind wir dabei, alle diese Proben zu sequenzieren.
We've extended this to the air now with a grant from the Sloan Foundation. We're measuring how many viruses and bacteria all of us are breathing in and out every day, particularly on airplanes or closed auditoriums. (Laughter) We filter through some simple apparatuses; we collect on the order of a billion microbes from just a day filtering on top of a building in New York City. And we're in the process of sequencing all that at the present time.
Ein Einblick in die Datenerhebung: als wir Proben an den Galapagos Inseln gesammelt hatten, fanden wir, fast alle 320 km eine riesige Artenvielfalt in den Meerwasserproben. Einige davon machen absolut Sinn, wenn man die unterschiedlichen Temperaturgradienten betrachtet. Hier haben wir ein Satellitenbild, das die Temperaturen zeigt -- rot bedeutet warm, blau bedeutet kalt -- und wir fanden, dass es einen riesigen Unterschied in der Häufigkeit von Arten zwischen den Warmwasserproben und den Kaltwasserproben gibt. Die unterschiedlichen Wellenlängen, die von den Lichtrezeptoren detektiert werden, haben uns ebenfalls überrascht. Wir können die Wellenlängen anhand der Aminosäuresequenz der Rezeptoren vorhersagen und sie variieren ungemein von Region zu Region. Wie erwartet detektieren die Lichtrezeptoren in der Tiefsee meist blaues Licht. Wenn es sehr viel Chlorophyll gibt, detektieren sie sehr viel grünes Licht. Sie variieren aber noch mehr, möglicherweise tendierend zu Infrarot und Ultraviolet, an den Extremen.
Just on the data collection side, just where we are through the Galapagos, we're finding that almost every 200 miles, we see tremendous diversity in the samples in the ocean. Some of these make logical sense, in terms of different temperature gradients. So this is a satellite photograph based on temperatures -- red being warm, blue being cold -- and we found there's a tremendous difference between the warm water samples and the cold water samples, in terms of abundant species. The other thing that surprised us quite a bit is these photoreceptors detect different wavelengths of light, and we can predict that based on their amino acid sequence. And these vary tremendously from region to region. Maybe not surprisingly, in the deep ocean, where it's mostly blue, the photoreceptors tend to see blue light. When there's a lot of chlorophyll around, they see a lot of green light. But they vary even more, possibly moving towards infrared and ultraviolet in the extremes.
Um zu versuchen, einen Überblick über die Gesamtheit der gesammelten Gene zu bekommen, fügten wir alle Daten zusammen -- einschliesslich all derer, die wir bis zu diesem Zeitpunkt von der Expedition hatten, also mehr als die Hälfte der Gene unseres Planeten -- und fanden insgesamt ca. 29 Millionen Gene. Wir haben versucht, diese Sequenzen Genfamilien zuzuordnen, um zu sehen welche Entdeckungen wir gemacht hatten: Hatten wir nur neue Mitglieder bekannter Familien aufgespürt, oder komplett neue Genfamilien entdeckt ? Es stellte sich heraus, dass wir etwa 50.000 grosse Genfamilien erkennen konnten, aber mit jeder neuen Probe, die wir aus der Umwelt nehmen, steigt die Zahl neuer Familien linear an. Wir stehen noch ganz am Anfang davon, die elementaren Gene, Komponenten und das Leben auf diesem Planeten zu erkunden.
Just to try and get an assessment of what our gene repertoire was, we assembled all the data -- including all of ours thus far from the expedition, which represents more than half of all the gene data on the planet -- and it totaled around 29 million genes. And we tried to put these into gene families to see what these discoveries are: Are we just discovering new members of known families, or are we discovering new families? And it turns out we have about 50,000 major gene families, but every new sample we take in the environment adds in a linear fashion to these new families. So we're at the earliest stages of discovery about basic genes, components and life on this planet.
Wenn wir uns den sogenannten Abstammungsbaum ansehen, befinden wir Menschen uns zusammen mit den Tieren in der oberen rechten Ecke. Von den ungefähr 29 Millionen Genen, haben wir gerade etwa 24.000 in unserem Genom. Und wenn man alle Tiere zusammenfasst, haben wir gemeinsam wahrscheinlich weniger als 30.000 Gene, die wahrscheinlich in ungefähr zwölftausend unterschiedliche Genfamillien fallen. Meiner Ansicht nach sind diese Gene nicht nur die Designkomponenten der Evolution. Dies ist eine Betrachtungsweise, die von einzelnen Genen ausgeht -- vielleicht basierend auf Richard Dawkins' Ideen. Genome dagegen bestehen aus verschiedenen Kombinationen dieser Genkomponenten.
When we look at the so-called evolutionary tree, we're up on the upper right-hand corner with the animals. Of those roughly 29 million genes, we only have around 24,000 in our genome. And if you take all animals together, we probably share less than 30,000 and probably maybe a dozen or more thousand different gene families. I view that these genes are now not only the design components of evolution. And we think in a gene-centric view -- maybe going back to Richard Dawkins' ideas -- than in a genome-centric view, which are different constructs of these gene components.
Unsere Fähigkeit synthetische DNS künstlich herzustellen hat sich in etwa genauso schell entwickelt wie die DNS Sequenzierung in den letzten ein, zwei Jahrzenten und der Prozess ist mittlerweile sehr schnell und sehr billig. Wir begannen über synthetische Genome nachzudenken, als wir im Jahr 1995 das zweite Genom sequenziert hatten, das von Mycoplasma genitalium. Wir haben wirklich schöne T-Shirts auf denen steht, "Ich liebe mein Genitalium", sie verstehen. Es handelt sich dabei um einen Mikroorganismus mit ungefähr 500 Genen. Der Virus Haemophilus influenzae hatte 1.800 Gene. Wir stellten uns einfach folgende Frage: wenn eine Art 800 Gene braucht und die andere 500, gibt es einen kleineren Satz von Genen, der ein minimales Betriebssystem darstellt ?
Synthetic DNA, the ability to synthesize DNA, has changed at sort of the same pace that DNA sequencing has over the last decade or two, and is getting very rapid and very cheap. Our first thought about synthetic genomics came when we sequenced the second genome back in 1995, and that from mycoplasma genitalium. And we have really nice T-shirts that say, you know, "I heart my genitalium." This is actually just a microorganism. But it has roughly 500 genes. Haemophilus had 1,800 genes. And we simply asked the question, if one species needs 800, another 500, is there a smaller set of genes that might comprise a minimal operating system?
Also haben wir Transposon Mutagenese durchgeführt. Transposons sind einfach kleine DNS Stücke, die sich wahllos in den genetischen Code einfügen. Wenn sie sich in die Mitte eines Genes einfügen, zerstören sie dessen Funktion. Also erstellten wir eine Karte aller Gene in denen das Einfügen eines Transposons toleriert wurde und nannten diese "nicht-essentielle Gene". Aber es stellt sich heraus, dass die Umgebung von großer Bedeutung ist, und man nur definieren kann ob ein Gen essentiell oder nicht-essentiell ist, wenn man genau definiert, unter welchen Umweltbedingungen der Organismus lebt. Zusätzlich haben wir einen eher theoretischen Ansatz versucht, indem wir die Genome von 13 verwandten Arten miteinander verglichen haben, um zu sehen, was sie gemeinsam haben. Wir erhielten diese überlappenden Kreise und nur 173 Gene die alle 13 Organismen gemeinsam haben. Die Zahl der gemeinsamen Gene erweiterte sich ein wenig, wenn wir einen intrazellulären Parasiten ignorierten; sie wurde noch größer, wenn wir uns auf bestimmte Kerngruppen von Genen konzentrierten, auf ungefähr 310. Wir denken also, dass wir - ausgehend von den minimalen 500 Genen - Genome auf vielleicht 300 bis 400 Gene erweitern oder einengen können, abhängig der jeweiligen Betrachtungsweise.
So we started doing transposon mutagenesis. Transposons are just small pieces of DNA that randomly insert in the genetic code. And if they insert in the middle of the gene, they disrupt its function. So we made a map of all the genes that could take transposon insertions and we called those "non-essential genes." But it turns out the environment is very critical for this, and you can only define an essential or non-essential gene based on exactly what's in the environment. We also tried to take a more directly intellectual approach with the genomes of 13 related organisms, and we tried to compare all of those, to see what they had in common. And we got these overlapping circles. And we found only 173 genes common to all 13 organisms. The pool expanded a little bit if we ignored one intracellular parasite; it expanded even more when we looked at core sets of genes of around 310 or so. So we think that we can expand or contract genomes, depending on your point of view here, to maybe 300 to 400 genes from the minimal of 500.
Der einzige Weg, diese Ideen zu beweisen, war ein künstliches Chromosom mit diesen Genen zu konstruieren, indem wir eine auf Gen-Kassetten basierende Methode einsetzten. Wir fanden heraus, dass es extrem schwer war lange, fehlerfreie DNS Abschnitte zu konstruieren. Meine Kollegen Ham Smith und Clyde Hutchinson entwickelten eine aufregende neue Methode die es uns erlaubte, einen 5.000 Basenpaare grossen Virus in einem Zeitraum von nur 2 Wochen zu synthetisieren, der bezüglich seiner Sequenz und seiner Biologie zu 100 Prozent fehlerfrei war. Das war ein sehr aufregendes Experiment -- als wir einfach das synthetische Stück DNS nahmen und in Bakteren injizierten, begann die DNS auf einmal, die Produktion der Viruspartikel zu steuern, die widerum das Bakterium töteten. Das war nicht der erste synthetische Virus -- ein Polio Virus war ein Jahr zuvor geschaffen worden -- aber es war nur ein zehn-tausendstel so aktiv und man hatte drei Jahre für die Herstellung benötigt. Hier sehen sie eine schematische Darstellung der Struktur von Phi X-174. Dies ist ein Beispiel dafür, wie Software jetzt ihre eigene Hardware baut, und so stellen wir uns Biologie vor.
The only way to prove these ideas was to construct an artificial chromosome with those genes in them, and we had to do this in a cassette-based fashion. We found that synthesizing accurate DNA in large pieces was extremely difficult. Ham Smith and Clyde Hutchison, my colleagues on this, developed an exciting new method that allowed us to synthesize a 5,000-base pair virus in only a two-week period that was 100 percent accurate, in terms of its sequence and its biology. It was a quite exciting experiment -- when we just took the synthetic piece of DNA, injected it in the bacteria and all of a sudden, that DNA started driving the production of the virus particles that turned around and then killed the bacteria. This was not the first synthetic virus -- a polio virus had been made a year before -- but it was only one ten-thousandth as active and it took three years to do. This is a cartoon of the structure of phi X 174. This is a case where the software now builds its own hardware, and that's the notions that we have with biology.
Einige Leute äußerten sofort Bedenken bezüglich biologischer Kriegsführung, ich musste vor kurzem vor einem Komitee des Senates aussagen und ein spezielles Gremium der U.S. Regierung wurde geschaffen, um diesen Bereich zu bewerten. Ich glaube, daß es wichtig ist, Realität und Fantasie zu unterscheiden. Im Grunde genommen kann das Genom jedes Virus', der heute sequenziert wird, auch hergestellt werden. Die Leute fürchten sich sofort for Dingen wie Ebola oder den Pocken, aber die DNS dieser Organismen ist nicht ansteckend. Sogar wenn jemand das Genom der Pocken herstellen sollte, wäre diese DNS selbst nicht ansteckend. Designer Viren lösen bei Sicherheitsabteilungen echte Besorgnis aus. Es gibt nur zwei Länder, die Vereinigten Staaten und die ehemalige Sowjetunion, die größere Anstrengungen unternommen haben, biologische Waffen herzustellen. Wenn diese Forschung wirklich eingestellt worden ist, sollte es in Zukunft nur sehr wenig Interesse am knock-how zur Herstellung von Designerviren geben.
People immediately jump to concerns about biological warfare, and I had recent testimony before a Senate committee, and a special committee the U.S. government has set up to review this area. And I think it's important to keep reality in mind, versus what happens with people's imaginations. Basically, any virus that's been sequenced today -- that genome can be made. And people immediately freak out about things about Ebola or smallpox, but the DNA from this organism is not infective. So even if somebody made the smallpox genome, that DNA itself would not cause infections. The real concern that security departments have is designer viruses. And there's only two countries, the U.S. and the former Soviet Union, that had major efforts on trying to create biological warfare agents. If that research is truly discontinued, there should be very little activity on the know-how to make designer viruses in the future.
Ich denke, daß einzellige Organismen in den nächsten zwei Jahre Realität werden können. Möglicherweise auch eukaryotische Zellen, zumindest diejenigen, die wir haben, sind innerhalb von 10 Jahren möglich. Wir stellen momentan einige dutzend verschiedene Konstrukte her, indem wir die Kassetten und die darin enthaltenen Gene variieren, die Teil der künstlichen Chromosomen werden. Die Schlüsselfrage ist: wie fügt man all die anderen ein ? Wir beginnen mit diesen Fragmenten, und nutzen dann die Methode der homologen Rekombination, um sie zu Chromosomen zusammenzufügen.
I think single-cell organisms are possible within two years. And possibly eukaryotic cells, those that we have, are possible within a decade. So we're now making several dozen different constructs, because we can vary the cassettes and the genes that go into this artificial chromosome. The key is, how do you put all of the others? We start with these fragments, and then we have a homologous recombination system that reassembles those into a chromosome.
Dieses System stammt von einem Mikroorganismus, Deinococcus radiodurans, der eine Strahlenbelastung von drei Millionen Rad überleben kann. Es fügt sein Genom nach einer Bestrahlung, durch die seine Chromosomen in kleine Stücke zerbrochen wurden, innerhalb von 12 bis 24 Stunden wieder neu zusammen. Diesen Organismus gibt es überall auf der Erde und er könnte sich sogar aufgrund unserer Raumfahrtprogramme bereits im Weltall befinden. So sieht ein Glasskolben nach einer Bestrahlung mit ungefähr einer halben Million Rad aus. Das Glass begann zu brennen und Risse zu bilden, während der Mikroorganismus am Boden sich immer wohler fühlte. Hier sehen Sie ein Photo davon, was passiert: oben sehen sie das Genom nach einer Bestrahlung mit 1.7 Million Rad. Das Chromosome ist wortwörtlich explodiert. Und hier die gleiche DNS 24 Stunden später, nachdem sie automatisch wieder zusammengesetzt worden war. Es ist wirklich unglaublich, dass diese Organismen diese Fähigkeit haben und es gibt wahrscheinlich tausende, wenn nicht zehntausende verschiedene Arten auf der Welt, die diese Fähigkeit haben. Nachdem diese künstlichen Genome hergestellt worden sind, ist der erste Schritt einfach eine Transplanatation in eine Zelle, die kein Genom enthält.
This is derived from an organism, deinococcus radiodurans, that can take three million rads of radiation and not be killed. It reassembles its genome after this radiation burst in about 12 to 24 hours, after its chromosomes are literally blown apart. This organism is ubiquitous on the planet, and exists perhaps now in outer space due to all our travel there. This is a glass beaker after about half a million rads of radiation. The glass started to burn and crack, while the microbes sitting in the bottom just got happier and happier. Here's an actual picture of what happens: the top of this shows the genome after 1.7 million rads of radiation. The chromosome is literally blown apart. And here's that same DNA automatically reassembled 24 hours later. It's truly stunning that these organisms can do that, and we probably have thousands, if not tens of thousands, of different species on this planet that are capable of doing that. After these genomes are synthesized, the first step is just transplanting them into a cell without a genome.
Wir glauben, dass synthetischen Zellen ein außerordentliches Potential haben, nicht nur für die Erforschung der Grundlagen des Lebens sondern hoffentlich auch für die Lösung von Umwelt- und Gesellschaftsproblemen. Der dritte Organismus, dessen Genom wir entschlüsselt haben, Methanococcus jannaschii, lebt bei Wassertemperaturen nahe dem Siedepunkt, nutzt Wasserstoff als Energiequelle und deckt seinen Kohlenstoffbedarf, indem es Kohlendioxid aus der Umgebung anreichert. Wir kennen mittlerweile verschiedene molekulare Wege, und tausende verschiedener Arten, die Kohlendioxid zum Leben benötigen und es aus der Umgebung aufnehmen können. Anstatt Kohlenstoff für Synthesen aus Erdöl zu gewinnen, haben wir nun die Chance, Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu gewinnen, es von dort wieder einzufangen und es in biologische Polymere und andere Produkte zu verwandeln. Wir haben einen Organismus entdeckt, der sich von Kohlenstoffmonoxid ernährt und nutzten es als Reduktionsmittel, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstof zu zerlegen. Außerdem gibt es zahlreiche molekulare Wege, die zum Abbau von Methan eingesetzt werden können. Die Firma DuPont hat ein wichtiges Programm mit der Firma Statoil in Norwegen, das zum Ziel hat, Methan aus den Gasfeldern einzufangen und in nützliche Produkte umzuwandeln.
So we think synthetic cells are going to have tremendous potential, not only for understanding the basis of biology but for hopefully environmental and society issues. For example, from the third organism we sequenced, Methanococcus jannaschii -- it lives in boiling water temperatures; its energy source is hydrogen and all its carbon comes from CO2 it captures back from the environment. So we know lots of different pathways, thousands of different organisms now that live off of CO2, and can capture that back. So instead of using carbon from oil for synthetic processes, we have the chance of using carbon and capturing it back from the atmosphere, converting that into biopolymers or other products. We have one organism that lives off of carbon monoxide, and we use as a reducing power to split water to produce hydrogen and oxygen. Also, there's numerous pathways that can be engineered metabolizing methane. And DuPont has a major program with Statoil in Norway to capture and convert the methane from the gas fields there into useful products.
Ich glaube, dass es in kurzer Zeit ein neues Gebiet mit dem Namen "Kombinatorische Genomik" geben wird, denn mit unseren neuen Fähigkeiten zur Gen-Synthese, der großen Auswahl an Genen und der Methode der homologen Rekombination können wir einen Roboter planen, der vielleicht eine Million verschiedene Chromosomen pro Tag herstellen kann. Damit können wir, wie schon bisher in der Biologie, gewünschte Funktionen durch Screening auswählen - ob man Organismen nach ihrer Fähigkeit der Wasserstoffproduktion der chemischen Produktion oder nur aufgrund ihrer Überlebensfähigkeit auswählt. Wir stehen kurz davor, die Rolle dieser Gene zu verstehen.
Within a short while, I think there's going to be a new field called "Combinatorial Genomics," because with these new synthesis capabilities, these vast gene array repertoires and the homologous recombination, we think we can design a robot to make maybe a million different chromosomes a day. And therefore, as with all biology, you get selection through screening, whether you're screening for hydrogen production, or chemical production, or just viability. To understand the role of these genes is going to be well within reach.
Wir versuchen, die Photosynthese so zu verändern, daß wir Wasserstoff aus der Energie des Sonnenlichts herstellen können. Die Photosynthese ist von der Sauerstoffkonzentration abhängig, aber wir haben eine Sauerstoff-unempfindliche Hydrogenase entdeckt die unserer Auffassung nach den Prozess komplett verändern wird. Wir kombinieren Cellulasen, Enzyme, die komplexe Zucker in Einfachzucker zerlegen, mit Fermentationsprozessen in der gleichen Zelle, um Ethanol herzustellen. Die Herstellung pharmazeutischer Produkte mittels Mikroorganismen findet in wichtigen Laboratorien bereits statt. Die chemischen Eigenschaften natürlicher Komponenten ist um Größenordnungen komplexer als die derjenigen, die unsere besten Chemiker herstellen können. Ich denke, daß zukünftige künstliche Arten eine Quelle von Nahrungsmitteln und hoffentlich auch von Energie darstellen, zur Umweltsanierung eingesetzt und vielleicht sogar die petrochemische Industrie ersetzen werden.
We're trying to modify photosynthesis to produce hydrogen directly from sunlight. Photosynthesis is modulated by oxygen, and we have an oxygen-insensitive hydrogenase that we think will totally change this process. We're also combining cellulases, the enzymes that break down complex sugars into simple sugars and fermentation in the same cell for producing ethanol. Pharmaceutical production is already under way in major laboratories using microbes. The chemistry from compounds in the environment is orders of magnitude more complex than our best chemists can produce. I think future engineered species could be the source of food, hopefully a source of energy, environmental remediation and perhaps replacing the petrochemical industry.
Lassen Sie mich mit ethischen und politischen Untersuchungen abschließen. Wir haben den Beginn unserer Experimente im Jahr 1999 verschoben, bis wir einen anderthalbjährigen Bewertungsprozess abgeschlossen hatten, um zu entscheiden, ob wir versuchen sollten, künstliche Arten zu erschaffen. Alle großen Religionen waren daran beteiligt. Es war eine recht seltsame Untersuchung, weil die verschiedenen Religionsführer ihre Schriften wie Gesetzesbücher behandelten. Sie konnten keine Vorschriften entdecken, die das Erschaffen von Leben verboten, also war es wohl in Ordnung. Am Ende waren sie besorgt über die mögliche Anwendung zur biologischen Kriegsführung, erlaubten uns aber die von uns begründeten Experimente zu beginnen.
Let me just close with ethical and policy studies. We delayed the start of our experiments in 1999 until we completed a year-and-a-half bioethical review as to whether we should try and make an artificial species. Every major religion participated in this. It was actually a very strange study, because the various religious leaders were using their scriptures as law books, and they couldn't find anything in them prohibiting making life, so it must be OK. The only ultimate concerns were biological warfare aspects of this, but gave us the go ahead to start these experiments for the reasons we were doing them.
Vor kurzem hat die Sloan Foundation Forschungsgelder für eine an mehreren Instituten durchgeführte Untersuchung bereitgestellt, die zum Ziel hat, die Chancen und Risiken für die Gesellschaft auf diesem Gebiet auszuloten und Regeln für Wissenschaftler wie mich und mein Team zu formulieren und wir versuchen auf diesem Weg ein gutes Beispiel darzustellen. Es handelt sich um komplexe Fragestellungen. Mit Ausnahme der Bedrohung durch Bioterrorismus geht es um einfache Fragen wie z.B. können wir Wege zur sauberen Gewinnung von Energy entwickeln ? Können wir unter Umständen revolutionieren, was Entwicklungsländern zur Verfügung steht und was sie durch einfache Prozesses erreichen können ? Herzlichen Dank.
Right now the Sloan Foundation has just funded a multi-institutional study on this, to work out what the risk and benefits to society are, and the rules that scientific teams such as my own should be using in this area, and we're trying to set good examples as we go forward. These are complex issues. Except for the threat of bio-terrorism, they're very simple issues in terms of, can we design things to produce clean energy, perhaps revolutionizing what developing countries can do and provide through various simple processes. Thank you very much.