Бари Шулър: Въведение в геномиката

Какво се случва в геномиката, и как тази революция е на път да промени всичко, което знаем за света, живота, за нас, и за това как ги възприемаме.

Ако сте гледали "2001: Космическа Одисея," сигурно сте чули бум, бум, бум, бум, бум и сте видяли монолита, ще знаете, че това е била представата на Артър Ч. Кларк, че ние сме във важен момент на еволюцията на нашия вид. В този случай, беше събиране на кокали и създаване на инструменти, използвайки ги като инструменти, което означаваше, че маймуните, докато тичаха наоколо, ядяха и правеха любов, разбраха как да правят неща, ако използваха инструмент. Това ни предвижи до следващото ниво.

Знаете ли, особено в последните 30 години, видяхме това ускорение в познанието и технологиите, и технологиите произведоха повече знание и ни дадоха инструменти. Видяхме много забележителни моменти. Видяхме създаването на малки компютри през 70-те и 80-те години, и кой би си помислил тогава, че всеки човек ще има не само един компютър, но вероятно 20, вкъщи, и не само в компютъра, но във всяко устройство -- в пералнята, в мобилния телефон. Ще се разхождате наоколо; колата ви ще има 12 микропроцесора. После ще създадем Интернет и ще свържем света; ще смалим света.

Видяхме толкова много промени, и си дадохме всички тези пособия -- тези мощни инструменти -- които ни позволяват да насочим обектива навътре, в нещо, което е общо за всички нас, и това е генома.

Как е вашият геном днес? Мислили ли сте си за него напоследък? Поне сте чули за него? Сигурно сте чували за геноми наскоро.

Мислих се да отделя момент, за да ви обясня какво е геном. Това е нещо като, ако запитате хората, Какво е мегабайт и мегабит? И какво е високоскоростен? Хората никога не искат да кажат, че наистина не разбират. Така, ще ви кажа веднага. Чували сте за ДНК, вероятно сте учили малко по биология. Геномът е в действителност описание на цялото ДНК в жив организъм. Едно нещо, което е общо за всички живи организми е ДНК. Няма значение дали сте дрожда; няма значение дали сте мишка; няма значение дали сте муха; ние всички имаме ДНК. ДНК е организирана в думи, наричаме ги гени и хромозоми.

Когато Уотсън и Крик през 50-те години на 20-ти век първи декодираха тази красива двойна спирала, известна като ДНК молекула -- много дълга, сложна молекула -- след това започнахме това пътешествие, за да разберем, че вътре в ДНК има език, който определя характеристиките, нашите черти, какво наследяваме, какви болести може да развием. Междувременно открихме, че това е много стара молекула, че цялото това ДНК е било в тялото ни винаги, от нашето начало като живи същества. Има исторически архив.

Запазена в нашия геном е историята на нашия вид, и на вас като човешко същество, откъде идвате, връщайки се назад хиляди, и хиляди, и хиляди години, и това започва да бъде разбирано сега. Но също така, геномът е в действителност ръководството с инструкции. Той е програмата. Той е кодът на живота. Той е това, което ви кара да функционирате, той е това, което кара всички организми да функционират. ДНК е много елегантна молекула. Много дълга и сложна. Всичко, което трябва да знаете за ДНК, е че има четири букви: A, T, Ц, Г; те обозначават имената на химикали. С тези четири букви може да се създаде език: език, който може да опише всичко, и много сложни неща. Знаете ли, те обикновено вървят в двойки, създавайки дума, или това което наричаме базова двойка. Знаете ли, когато се замислите, четири букви, или представянето на четири неща, ни кара да работим.

Това може да не звучи много интуитивно, но позволете да се обърна към нещо, за което знаете, и това са компютрите. Погледнете този екран тук, това което виждате са снимки, виждате и думи, но в действителност това са нули и единици. Езикът на технологията е двоичен; вероятно сте чули това някога. Всичко, което се случва в цифровия свят е преобразувано, или представя нули и единици. Така че, когато слушате iTunes и вашата любима музика, това всъщност са поредица от нули и единици, които се просвирват много бързо. Когато погледнете тези снимки, всичко което виждате са нули и единици, и когато говорите по телефон, или мобилен телефон, и разговора минава през мрежата вашият глас е преобразуван на нули и единици, и магически пренесен. Вижте всички сложни и страхотни неща, които сме могли да създадем само с нули и едници.

Сега увеличете бройката на четири, и ще получите нещо по-сложно, много начини за да се опишат механизмите. Нека да обсъдим какво означава това. И така, ако погледнете човешкия геном той се състои от 3,2 милиарда от тези базови двойки. Тове е много. Те се комбинират по най-различни начини и това ви прави човешко същество. Ако преобразуваме това в двоична информация, просто да ви дам малко сравнение, ние всъщност ще бъдем по-малки от програмата Майкрософт Офис. Това наистина не са чак толкова много данни. Ще ви кажа, че и ние сме поне толкова бъгави. (Смях)

Това тук е грешка в моя геном, с която се борих от доста дълго време. Когато се разболеете, това е грешка във вашия геном. Всъщност доста много болести с които сме се борили от дълго време, например рак, не сме успели да излекуваме, защото не ги разбираме как работят на генетично ниво. Сега започваме да разбираме това.

И така, до момента се опитвахме да оправим това, използвайки, това което наричам фармакология на "фекалии срещу стената", което означава, нека просто да хвърлим химикали по него, и може би това ще проработи. Но ако наистина разбирате, защо клетка се преобразува от нормална в ракова? Какъв е кода? Какви са точните инструкции, които правят това възможно? После може да продължите с процеса на опитване да се поправи и разбере как работи. Ето и малко информация, за следващата ви вечеря с бутилка страхотно вино.

В действителност имаме около 24 000 гена, които вършат някакви неща. Имаме около 100, 120 000 хиляди други, които изглежда не функционират всеки ден, но представят архивната история, на това как сме работели като видове десетки хиляди години назад във времето. Може също да е интересно да знаете, че мишката има приблизително същото количество гени.

Наскоро намериха последователността на Пино Нуар; има около 30 000 гена, така номерът на гените, които имате не представя непременно сложността, или еволюционната последователнст на всеки определ вид. Сега се огледайте: просто погледнете до вашия съсед, погледнете напред, назад. Всички изглеждаме доста различни. Тук има доста привлекателни и красиви хора, тънки, пълнички, различни лица, култури. Ние сме около 99,9% генетически еднакви. Само една стотна от 1% от генетичния материал е различна между нас. Това е малко количество материал, но начинът, по който се изразява в крайна сметка, е това, което променя хората и всички животински видове.

И така, сега може да разчитаме геномите. Секвенцията на първия човешки геном отне десет години и 3 милиарда долара. Това беше направено от д-р Крейг Вентър. После геномът на Джеймс Уотсън -- един от откривателите на ДНК -- беше секвентиран за 2 милиона долара, само за два месеца. Ако си помислите за компютърната индустрия, и как мигрирахме от големи към малки компютри, и как те стават все по-мощни, и по-бързи през цялото време, същото нещо става и със секвенцията на гените в момента: ние сме на ръба на разкодиране на човешките геноми за около 5000 долара, за приблизително половин час, или час. Това ще се случи през следващите пет години.

Това означава, че човек ще се разхожда с информацията за своя геном върху пластмасова карта. Ще бъде там. Когато си купувате лекарства, няма да купувате лекарство, което се използва от всеки. Ще дадете генома на фармацефта и лекарството, което ще получите, ще бъде направено за вас, и ще има много по-добър ефект от предишните лекарства. Няма да има странични ефекти. Всички онези странични ефекти, като например масни остатъци и, знаете , както и да ги наричат в ракламите: забравете за това. Всичко това ще изчезне.

Как изглежда един геном? Ето го тук. Той е много дълга последователност от тези базисни двойки. Ако видите геноми на мишка или на човек, те няма да изглеждат по-различни от този, но това, което учените правят сега е, че те се опитват да разберат какво правят тези неща и какво означават. Защото това, което природата прави е да щраква двукратно през цялото време. С други думи, първите две изречения тук, ако предположим, че това е лозово растение, образуват корен, образуват клон, създават цвят. В човешко същество, тук долу, това би могло да прави кръвни клетки, да започне рак. За мен може да е: всяка калория, която консумирам, се запазва, понеже идвам от място с много студен климат. За моята жена: може да яде три пъти повече и никога да не наддава килограми. Всичко е скрито в този код, и започва да бъде разгадано с невероятни темпове.

И така, какво може да правим с геномите, сега, когато вече може да ги четем, сега, когато започваме да имаме книгата на живота? Ами, има много неща. Някои от тях са вълнуващи. Някои хората ще намерят за много страшни: Ще ви кажа две неща, които вероятно ще ви накарат да повърнете върху мен, но това е добре. Знаете ли, сега може да научим историята на организмите.

Може да направиме много прост тест: остържете част от бузите си; и изпратете пробата. Може да откриете откъде идват вашите роднини, може да проследите вашатa генеалогия хиляди години назад. Може да разберем функционирането. Това е наистина важно. Може да разберем например, защо създаваме плака в нашите артерии, какво създава нишестето вътре в зърната, защо дрождата метаболизира захарта и произвежда въглероден двуокис. Може да погледнем, в по-голям мащаб, какво създава проблеми, какво поражда болести, и как може да ги излекуваме. Понеже, ако разберем това, ние ще може да ги поправим, да направим по-добри организми.

По-важно е, че това, което научаваме е, че природата ни е снабдила с невероятен инструментариум. Инструментариумът съществува. Архитект много по-добър и по-умен от нас, ни е дал този комплект с инструменти, и сега имаме възможността да ги използваме. Сега не само четем геномите, но и ги пишем.

Компанията "Синтетична Геномика", с която съм свързан, създаде първия напълно синтетичен геном от малка буболечка, много примитивно същество наречено Микоплазма гениталиум. Ако имате инфекция на пикочните пътища -- или някога сте имали такава инфекция -- вероятно сте се срещнали с тази малка буболечка. Много проста -- има само около 246 гена -- но ние успяхме да синтезираме напълно този геном. Сега, след като имате генома ще се запитате. И така, ако поставя този синтетичен геном -- ако извадя стария и поставя новия -- дали просто ще се зареди и заживее? Може ли да отгатнете? Ще заживее.

Не само, че прави това; ако вземете генома -- този синтетичен геном -- и ако го поставите в различно същество, като дрожда, ще превърнете дрождата в Микоплазма. Това е нещо като стартиране на PC с Mak ОС софтуер. Всъщност може да го направите и наобратно. И така, като можем да пишем геном и да го поставяме в организъм, софтуера, ако искате, променя хардуера. Това има дълбоки последствия.

Миналата година французите и италианците обявиха, че те работят съвместно и са разкодирали Пино Нуар. Сега съществува геномната последователност за целия организъм Пино Нуар, и те идентифицираха, отново, около 29 000 гена. Те отркиха пътища, които създават аромати, въпреки, че е важно да се разбере, че тези съединения , които се извиват, трябва да съответстват на рецептор в нашия геном, в нашия език, за да разберем и интерпретираме тези аромати.

Също така откриха, че също има доста голяма дейност по произвеждането на аромати. Идентифицираха зони, застрашени от заболявания. Сега разбират, и работата продължава по това, как точно работи растението. И сега имаме възможноста да научим, да разчетем кода и да разберем как работи. И така, какво да правим после? Знаейки че може да го четем, знаейки, че може да пишем по него, да го променим, може би да напишем неговия геном от началото. И така, какво да направим? Нещо, което може да направим е това, което някои хора биха нарекли Франкен-Нуар. (Смях)

Може да построим по-добра лоза. Между другото, за да знаете: понеже получавате стрес от генетично модифицираните организми; няма нито една лоза в тази долина, или някъде другаде, която да не е генетично модифицирана. Те не са израстнали от семена, а са присадени в коренова основа, не биха съществували самостоятелно в природата.

Така, че не се притеснявайте за това, не се стресирайте. Правили сме това винаги. Бихме могли да са съсредоточим върху устойчивостта на заболявания; може да се съсредоточим върху по-голям добив, без да имаме драматични земеделски техники, за да го постигнем, или разходи. Бихме могли да разширим климатичната устойчивост: бихме могли да направим Пино Нуар да расте, например в Лонг Айлънд, господ да ни е на помощ. (Смях)

Бихме могли да произвеждаме по-добри вкусове и аромати. Искате ли малко повече малина, малко повече шоколад тук-таме? Всички тези неща може да се постигнат, и мога да ви заявя, че съм почти сигурен, че ще бъдат постигнати. Но тук има и екосистема. С други думи, ние не сме уникални, малки организми разхождащи се наоколо; ние сме част от голяма екосистема.

Всъщност - съжалявам да ви кажа това -- вътре в храносмилателната ви система се намират около 5 килограма микроби, които обикалят доста из вашето тяло. Океаните ни гъмжат от микроби; всъщност, когато Крейг Вентър секвентира микробите в океана, през първите три месеца утрои бройката на познатите видове на планетата, като откри нови микроорганизми в първите 6 метра вода. Сега разбираме, че тези микроорганизми оказват по-голямо влияние върху климата и регулирането на CO2 и кислорода, отколкото растенията, за които винаги си мислехме, че насищат атмосферата с кислород.

Откриваме микробен живот във всяка част на планетата: в лед, въглища, скали, вулкани; това е нещо изумително. Но също така открихме, че що се отнася до растенията, при тях, доколкото разбираме, и започваме да разбираме техните геноми, това е тяхната екосистема, микробите, които живеят в тяхната коренова система, които оказват също толкова голямо въздействие на харектера на тези растения, както и метаболитните пътища на самите растения.

Ако разгледаме по-внимателно кореновата система, ще открием много, и много, и много различни колонии от микроорганизми. Това не е особено голяма новина за лозарите; те се занимават, знаете, с напояване и наторяване. И отново, това е моето разбиране за неразумна фармакология: определени торове правят растението по-здраво, заради това се използват повече от тях. Не е задължително да се знае с точност, това, какви организми осигуряват определени вкусове и определени характеристики. Може да започнем да разбираме това. Всички ние говорим за тероар, боготвориме тероар; казваме, "Иха, моят тероар е страхотен! Той е толкова специален. Имам това парче земя, което създава тероар, какъвто не може да си представите.

Ние в действителност спорим и дебатираме за това -- казваме, че това е от климата, от почвата, от това. И познайте какво? Може да разбереме какво е тероара. Това е тук и чака да бъде секвентирано. Тук има хиляди микроорганизми. Те са лесни за разкодиране, за разлика от хората, те имат около хиляда, две хиляди гена; може да разберем за какво служат.

Всичко, което трябва да направим е да се разходим наоколо и да съберем проби, да копаем в земята, да открием тези буболечки, да ги секвентираме, да ги свържем с характеристиките, които харесваме и не харесваме -- това е просто огромна база от данни - и после да наторяваме. И после ще разберем какво е тероар. Някои хора може да кажат, "О, господи, не си ли играеме на Господ? Не се ли превръщаме сега, когато създаваме организми, в Господ? И знаете ли, хората винаги ще запитат Джеймс Уотсън -- който не винаги е най-подходящия човек -- (Смях) ...те ще го запитат, "Вие, не се ли играете на Господ?" И той разполага с най-добрия отговор, който съм чул, на този въпрос: "Ами, някой трябва да го направи." (Смях)

Смятам себе си за много духовен човек, без, знаете ли, организираната религиозна част, и ще ви кажа: Не смятам, че има нещо неестествено. Не вярвам, че химикалите са неестествени. Казах ви, че ще накарам на някои от вас да се повдига. Но всичко е много просто: Ние не изобретяваме молекулите, съединенията. Те са тук. Те са във Вселената. Ние организираме нещата по нов начин, ние ги променяме, но не направим нищо неестествено.

Сега може да предизвикаме лощи последствия -- може да се отровим сами, да отровим Земята но това ще е просто естествен резултат от грешка, която сме направили. Така, това, което се случва днес, е че природата ни представя инструментариум, и ние откриваме, че този набор от инструменти е много богат. Съществуват микроорганизми, които произвеждат бензин, дори и да не ви се вярва. Има микроби, които -- нека се върнем отново към дрождите Това са химически фабрики; най-сложните химически фабрики са направени от природата, и сега може да ги използваме. Съществува и група от правила.

Природата няма да ни разреши -- можем да произвеждаме лозови растения, но може ли да познаете? Не може да накараме лозовото растение да произвежда деца. Природата ни е поставила група правила. Можем да работим в рамките на правилата, но не можем да нарушаваме правилата; просто се научаваме какви са правилата. Искам да задам този въпрос. Ако можем да излекуваме всички болести - ако можем да накараме болестите да изчезнат, понеже разбираме как всъщност работят, ако можем да сложим край на глада, като създадем нови по-питателни, по-здрави растения, които да растат в много трудни за израстване природни среди, ако можем да създадем чиста и изобилна енергия -- В момента в лабораториите на Синтетична Геномика, имаме едноклетъчни организми, които поемат въглероден двуокис, и произвеждат молекула много подобна на бензин. И така, въглероден двуокис -- нещото, от което искаме да се отървем -- не захар, или нещо друго. Въглероден двуокис, малко количество слънчева светлина, и се оказваме с липид, който е високо рафиниран. Бихме могли да разрешим енергийните проблеми, да намалим CO2; бихме могли да изчистим океаните, да произвеждаме по-добро вино. Ако бихме могли да го направим, бихме ли го сторили? Ами, знаете ли, мисля че отговорът е много прост. Работенето с природата, работенето с този набор от инструменти, които разбираме в момента е следващата съпка в еволюцията на човека.

Всичко, което мога да ви кажа е, да останете здрави още 20 години. Ако може да останете здрави за 20 години, ще видите 150, може би и 300.

(Благодаря ви)