I'm going to tell you about the most amazing machines in the world and what we can now do with them. Proteins, some of which you see inside a cell here, carry out essentially all the important functions in our bodies. Proteins digest your food, contract your muscles, fire your neurons and power your immune system. Everything that happens in biology -- almost -- happens because of proteins.
Sizlerle dünyadaki en harika makineler ve onlarla ne yapabileceğimiz hakkında konuşacağım. Proteinler, ki bir kısmını bu hücre içinde görüyorsunuz, temel olarak vücudumuzdaki tüm önemli işlevleri yerine getirir. Proteinler yiyeceğinizi sindirir, kaslarınızı kasar, nöronlarınızı harekete geçirir ve bağışıklık sisteminizi güçlendirir. Biyolojide olan her şey -- neredeyse -- proteinler sayesinde olur.
Proteins are linear chains of building blocks called amino acids. Nature uses an alphabet of 20 amino acids, some of which have names you may have heard of. In this picture, for scale, each bump is an atom. Chemical forces between the amino acids cause these long stringy molecules to fold up into unique, three-dimensional structures. The folding process, while it looks random, is in fact very precise. Each protein folds to its characteristic shape each time, and the folding process takes just a fraction of a second. And it's the shapes of proteins which enable them to carry out their remarkable biological functions. For example, hemoglobin has a shape in the lungs perfectly suited for binding a molecule of oxygen. When hemoglobin moves to your muscle, the shape changes slightly and the oxygen comes out.
Proteinler, amino asit adı verilen yapı taşlarının doğrusal zincirleri. Doğa, 20 amino asitli bir alfabe kullanır, bazılarının ismini duymuş olabilirsiniz. Bu resimde, orantılı her yumru bir atom. Amino asitler arasındaki kimyasal bağlar, bu uzun ipliksi moleküllerin, özgün üç boyutlu yapılara katlanmasına sebep olur. Katlanma süreci, rastgele görünse de aslında çok belli bir yol izler. Her protein, her zaman kendi karakteristik şekline katlanır ve katlanma süreci sadece saniyenin bir bölümünü alır. Ve proteinlerin şekilleri sayesinde olağanüstü biyolojik işlevlerini gerçekleştirebilirler. Örneğin hemoglobin, akciğerlerde bir oksijen molekülüne bağlanmak için kusursuz uyumlu bir şekle sahip. Hemoglobin kasınıza geçtiğinde şekli nispeten değişir ve oksijen dışarı çıkar.
The shapes of proteins, and hence their remarkable functions, are completely specified by the sequence of amino acids in the protein chain. In this picture, each letter on top is an amino acid. Where do these sequences come from? The genes in your genome specify the amino acid sequences of your proteins. Each gene encodes the amino acid sequence of a single protein. The translation between these amino acid sequences and the structures and functions of proteins is known as the protein folding problem. It's a very hard problem because there's so many different shapes a protein can adopt. Because of this complexity, humans have only been able to harness the power of proteins by making very small changes to the amino acid sequences of the proteins we've found in nature.
Proteinlerin şekilleri ve dolayısıyla onların olağanüstü işlevleri, protein zincirinde amino asitlerin dizilimiyle tamamen belirlenir. Bu resimde, üstteki her harf bir amino asit. Bu dizilimler nereden geliyor? Genomunuzdaki genler, proteinlerinizin amino asit dizilimlerini belirler. Her gen, bir proteinin amino asit dizilimini kodlar. Bu amino asit dizilimleri ve proteinlerin yapı ve işlevleri arasındaki aktarım, protein katlanma problem olarak bilinir. Çok zor bir problem çünkü proteinin adapte olabildiği çok sayıad farklı şekil var. Bu karmaşıklık sebebiyle insanlar proteinlerin gücünden faydalanabilmek için doğada bulduğumuz proteinlerin amino asit dizilimlerinde çok küçük değişiklikler yapıyor.
This is similar to the process that our Stone Age ancestors used to make tools and other implements from the sticks and stones that we found in the world around us. But humans did not learn to fly by modifying birds.
Bu, taş devri döneminde atalarımızın, dünyada çevremizde bulunan taş ve çubuklardan araç ve diğer aletler yaptıkları sürece benzer. Ama insanlar, kuşları değiştirerek uçmayı öğrenemedi.
(Laughter)
(Gülme sesleri)
Instead, scientists, inspired by birds, uncovered the principles of aerodynamics. Engineers then used those principles to design custom flying machines. In a similar way, we've been working for a number of years to uncover the fundamental principles of protein folding and encoding those principles in the computer program called Rosetta. We made a breakthrough in recent years. We can now design completely new proteins from scratch on the computer. Once we've designed the new protein, we encode its amino acid sequence in a synthetic gene. We have to make a synthetic gene because since the protein is completely new, there's no gene in any organism on earth which currently exists that encodes it.
Yerine, bilim insanları kuştan esinlendi, aerodinamik prensiplerini ortaya çıkardı. Mühendisler sonra, o prensipleri uçan araçlar tasarlamak için kullandı. Benzer şekilde, biz de uzun yıllardır çalışıyoruz ve Rosetta adlı programla protein katlama temel prensiplerini ortaya çıkarmak ve bu prensipleri kodlamak için uğraş veriyoruz. Son yıllarda büyük bir atılım gerçekleştirdik. Artık bilgisayardaki çizimlerden tamamen yeni proteinler tasarlayabiliyoruz. Yeni proteini tasarladığımız zaman, sentetik bir gende onun amino asit dizilimini kodluyoruz. Yapay bir gen yapmak zorundayız çünkü protein tamamen yeni olduğundan dünyada şu an hiçbir organizmada onu kodlayacak gen yok.
Our advances in understanding protein folding and how to design proteins, coupled with the decreasing cost of gene synthesis and the Moore's law increase in computing power, now enable us to design tens of thousands of new proteins, with new shapes and new functions, on the computer, and encode each one of those in a synthetic gene. Once we have those synthetic genes, we put them into bacteria to program them to make these brand-new proteins. We then extract the proteins and determine whether they function as we designed them to and whether they're safe.
Protein katlamayı anlamada ve protein tasarlama gelişmelerimiz, gen sentezi maliyetindeki azalma ve Moore kanunun programlama gücüyle birleşince şimdi on binlerce yeni protein tasarlayabiliyoruz, tamanen yeni şekil ve işlevlerle, bilgisayar üzerinde ve bir sentetik gen içinde her birini kodlayabiliyoruz. Bu sentetik genleri edindiğimiz an, onları bakterilerin içine koyarak bu yeni proteinleri yapmaları için programlıyoruz. Sonra proteinleri çıkarıyor ve tasarladığımız gibi işlediklerinden ve güvenli olup olmadıklarından emin oluyoruz.
It's exciting to be able to make new proteins, because despite the diversity in nature, evolution has only sampled a tiny fraction of the total number of proteins possible. I told you that nature uses an alphabet of 20 amino acids, and a typical protein is a chain of about 100 amino acids, so the total number of possibilities is 20 times 20 times 20, 100 times, which is a number on the order of 10 to the 130th power, which is enormously more than the total number of proteins which have existed since life on earth began. And it's this unimaginably large space we can now explore using computational protein design.
Yeni proteinler yapabilmek heyecan verici çünkü doğadaki çeşitliliğe rağmen evrim yalnızca mümkün olan proteinlerden çok küçük bir sayı bize sundu. Size doğanın 20 amino asitli bir alfabe kullandığını söylemiştim. Sıradan bir protein yaklaşık 100 amino asitli bir zincirdir; yani mümkün olan ihtimaller sayısı 20 kere 20 kere 20 kere 100... bu da 10 üzeri 130 eder, bu da Dünya'da hayat başladığından bu yana var olan tüm proteinlerden devasa sayıda daha çok protein demek. Bu hayal bile edilemeyecek büyük alanı artık kompütasyonel protein tasarımıyla keşfedebiliyoruz.
Now the proteins that exist on earth evolved to solve the problems faced by natural evolution. For example, replicating the genome. But we face new challenges today. We live longer, so new diseases are important. We're heating up and polluting the planet, so we face a whole host of ecological challenges. If we had a million years to wait, new proteins might evolve to solve those challenges. But we don't have millions of years to wait. Instead, with computational protein design, we can design new proteins to address these challenges today.
Dünya'da var olan proteinler doğal evrimin sunduğu sorunları çözecek şekilde evrildiler. Genomun kopyasını yapmak gibi. Ancak bugün yeni zorluklarla yüz yüzeyiz. Daha uzun yaşıyoruz, dolayıısyla hastalıklar önemli. Gezegeni ısıtıyor ve kirletiyoruz, o yüzden bir dizi ekolojik zorlukla karşı karşıyayız. Bekleyecek bir milyon yılımız olsaydı yeni proteinler bu zorlukları çözecek şekilde evrilebilir. Ama bekleyecek bir milyon yılımız yok. Bunun yerine, kompütasyonel tasarımla bu zorluklara yönelebileceğimiz yeni proteinler tasarlayabiliyoruz.
Our audacious idea is to bring biology out of the Stone Age through technological revolution in protein design. We've already shown that we can design new proteins with new shapes and functions. For example, vaccines work by stimulating your immune system to make a strong response against a pathogen. To make better vaccines, we've designed protein particles to which we can fuse proteins from pathogens, like this blue protein here, from the respiratory virus RSV. To make vaccine candidates that are literally bristling with the viral protein, we find that such vaccine candidates produce a much stronger immune response to the virus than any previous vaccines that have been tested. This is important because RSV is currently one of the leading causes of infant mortality worldwide. We've also designed new proteins to break down gluten in your stomach for celiac disease and other proteins to stimulate your immune system to fight cancer. These advances are the beginning of the protein design revolution.
Cesur fikrimiz, Taş Devri'nden biyolojiyi alarak protein tasarımında teknolojik devrimden geçirmek. Yeni şekil ve işlevlerde yeni proteinler tasarlayabileceğimizi zaten gösterdik. Örneğin aşılar, bağışıklık sisteminizi stimüle ederek çalışırlar, bir patojene karşı güçlü bir tepkime elde etmek için. Daha iyi aşılar elde etmek için patojenlerden protein kaynaştırabileceğimiz protein partikülleri tasarladık, buradaki mavi protein gibi, solunum virüsü RSV'den elde edilmiş. Viral proteinle gerçekten sımsıkı duran aşı adayları yapmak için bu tür aşı adaylarının virüse karşı daha önce test edilmiş tüm aşılara göre çok daha güçlü bir bağışıklık tepkimesi ürettiğini gördük. Bu önemli çünkü RSV, dünya çapında çocuk ölümlerinin başında geliyor. Ayrıca çölyak hastalığı için midenizdeki glutenleri parçalayan yeni proteinler de tasarladık ve kanserle savaşmada bağışıklık sistemini stimüle edecek başka proteinler. Bu ilerlemeler protein tasarım devriminin daha başlangıcı.
We've been inspired by a previous technological revolution: the digital revolution, which took place in large part due to advances in one place, Bell Laboratories. Bell Labs was a place with an open, collaborative environment, and was able to attract top talent from around the world. And this led to a remarkable string of innovations -- the transistor, the laser, satellite communication and the foundations of the internet. Our goal is to build the Bell Laboratories of protein design. We are seeking to attract talented scientists from around the world to accelerate the protein design revolution, and we'll be focusing on five grand challenges.
Daha önce ortaya çıkan teknolojik bir devrimden esinlendik: Dijital devrim, büyük oranda tek bir yerdeki ilerlemelere bağlı olarak ortaya çıktı, Bell Laboratuvarları. Bell Labs açık ve iş birliğine dayalı bir yerdi ve dünyanın her yerinden en iyi yetenekleri çekerdi. Bu da beraberinde bir dizi göz kamaştırıcı yenilik getirdi -- transistör, lazer, uydu iletişimi ve internetin temelleri. Bizim amacımız da protein tasarımının Bell Laboratuvarları'nı inşa etmek. Dünyanın dört bir yanından yetenekli bilim insanları arıyoruz, bu protein tasarım devrimine hız kazandıracak ve birlikte beş büyük zorluğa yöneleceğiz.
First, by taking proteins from flu strains from around the world and putting them on top of the designed protein particles I showed you earlier, we aim to make a universal flu vaccine, one shot of which gives a lifetime of protection against the flu. The ability to design --
Bir, dünyanın her yerinden grip vakalarından proteinler alarak size başlarda gösterdiğim tasarlanmış protein partiküllerinin en üst kısmına koyacağız, evrensel bir grip aşısı yapmayı hedefliyoruz, tek bir iğne gribe karşı hayat boyu koruma sağlayacak. Tasarlama yetisi --
(Applause)
(Alkışlar)
The ability to design new vaccines on the computer is important both to protect against natural flu epidemics and, in addition, intentional acts of bioterrorism.
Bilgisayarda yeni aşılar tasarlama yeteneği hem doğal grip salgınlarına karşı koruma sağlamak için önemli hem de kasti biyolojik terörizm saldırılarına karşı.
Second, we're going far beyond nature's limited alphabet of just 20 amino acids to design new therapeutic candidates for conditions such as chronic pain, using an alphabet of thousands of amino acids.
İkincisi, doğanın 20 harften oluşan kısıtlı alfabesinin çok ötesine giderek kronik ağrı gibi vakalar için yeni tedavisel adaylar tasarlayacağız, binlerce amino asitten oluşan bir alfabe kullanacağız.
Third, we're building advanced delivery vehicles to target existing medications exactly where they need to go in the body. For example, chemotherapy to a tumor or gene therapies to the tissue where gene repair needs to take place.
Üçüncüsü, ileri düzey gönderim araçları kullanacağız, bununla amaç, mevcut ilaçları vücutta tam da gitmesi gereken yere göndermek. Örneğin bir tümöre karşı kemoterapi veya gen tamiri geçirecek dokuya gen tedavisi uygulamak gibi.
Fourth, we're designing smart therapeutics that can do calculations within the body and go far beyond current medicines, which are really blunt instruments. For example, to target a small subset of immune cells responsible for an autoimmune disorder, and distinguish them from the vast majority of healthy immune cells.
Dördüncüsü, vücut içinde hesaplama yapabilen akıllı tedaviler tasarlıyoruz ve mevcut ilaçların çok ilerisine gidiyoruz, ki bunlar gerçekten iş bitiren araçlar. Örneğin bir otoimmün hastalıktan sorumlu küçük bir bağışıklık hücresi kümesini hedef alabilecek ve bunları o devasa sağlıklı bağışıklı hücrelerinden ayırt edebilecek.
Finally, inspired by remarkable biological materials such as silk, abalone shell, tooth and others, we're designing new protein-based materials to address challenges in energy and ecological issues.
Son olarak, inanılmaz biyolojik materyallerden esinlenerek örneğin ipek, istiridye kabuğu, diş ve benzeri, yeni protein bazlı materyaller tasarlıyoruz, enerji ve ekolojik konulardaki zorluklara da yönelmeyi amaçlıyoruz.
To do all this, we're growing our institute. We seek to attract energetic, talented and diverse scientists from around the world, at all career stages, to join us. You can also participate in the protein design revolution through our online folding and design game, "Foldit." And through our distributed computing project, Rosetta@home, which you can join from your laptop or your Android smartphone.
Tüm bunları yapmak için enstitümüzü büyütüyoruz. Tüm dünyadan ve her kariyer aşamasından bizimle çalışmaları için enerjik, yetenekli ve farklı alt yapılardan bilim insanları arıyoruz. Protein tasarım devrimine çevrim içi katlama ve tasarım oyunumuz Foldit ile de katılabilirsiniz. Dağıtımlı hesaplama projemiz Rosetta@home ile de katılabilirsiniz, buna da diz üstünüzden veya Android cihazlarınızdan katılabilirsiniz.
Making the world a better place through protein design is my life's work. I'm so excited about what we can do together. I hope you'll join us, and thank you.
Protein tasarımıyla dünyayı daha iyi bir yer yapmak benim işim. Birlikte yapabileceklerimiz için çok heyecanlıyım. Umarım bize katılırsınız ve teşekkür ederim.
(Applause and cheers)
(Alkışlar ve tezahüratlar)