Крейг Вентър представя "синтетичен живот"

Ние сме тук днес, за да обявим първата синтетична клетка, клетка, направена от, като се започне с дигиталния код в компютъра, изграждаайки хромозомата от четири бутилки от химикали, сглобявайки тази хромозома в дрожди, трансплантирайки я в бактериална рецепторна клетка, и превръщайки тази клетка в нов вид бактерии. Така че това е първият самовъзпроизвеждащ се вид, който сме имали на планетата, чийто родител е компютър. Това също така е първият вид, който има своя собствена интернет страница, кодирана в неговия генетичен код. Но ние ще говорим повече за водните знаци след минута.

Това е проект, който беше започнат преди 15 години, когато нашия екип тогава -- ние наричахме института ТИГР -- беше въвлечен в секвентиране на първите два генома в историята. Ние разкодирахме Haemophilus influenzae, и след това най-малкият геном на самовъзпроизвеждащ се организъм, този на Mycoplasma genitalium. И веднага щом имахме тези две последователности, си помислихме, че ако това трябва да бъде най-малкият геном на самовъзпроизвеждащ се вид, дали не би могло да има дори по-малък геном? Можем ли да разберем основата на клетъчния живот на генетично ниво? Това беше едно 15 годишно търсене, само за да достигнем сега до началната точка, за да можем да отговорим на тези въпроси. Защото е много трудно да се премахнат множество гени от една клетка. Можете да го направите само един по един. Ние решихме в самото начало, че трябва да поемем синтетичен път, въпреки че никой не го беше правил преди, за да видим дали ще можем да синтезираме бактериална хромозома, така че в действителност да можем да варираме съдържанието на гена, за да разберем основните гени за живота. Това започна нашето 15 годишно търсене, за да достигнем дотук.

Преди да сме направили първия опит, ние всъщност попитахме екипа на Арт Каплан, по това време в Университета на Пенсилвания, да извърши преглед на това, какви са рисковете, предизвикателствата, етиката около създаването на нови видове в лабораторията, тъй като това не беше правено преди. Те прекараха около две години, преглеждайки това независимо и публикуваха своите резултати в списание "Наука" през 1999 година. Хем и аз си вземахме две години отпуска, за да секвентираме човешкия геном, като страничен проект, но веднага след като това беше направено, ние се върнахме обратно към текущата задача.

През 2002 година започнахме нов институт, Институтът за биологични енергийни алтернативи, където си поставихме две цели. Първо, да разберем ефектът от нашата технология върху околната среда, и как да разберем по-добре околната среда. И второ, да започнем процесът на правене на синтетичен живот, за да разберем базисния живот. През 2003 година публикувахме първия си успех. Хам Смит и Клайд Хъчисън разработиха някои нови методи за направата на безгрешно ДНК на малко ниво. Първата ни задача беше 5000-буквен код на бактериофаг, вирус, който атакува само E.coli. Така че това беше фагът phi X 174, който беше избран по исторически причини. Това беше първият ДНК фаг, ДНК вирус, ДНК геном който всъщност е секвентиран. Така че след като осъзнахме, че можем да направи части от 5000 базови двойки с големината на вируси, си помислихме, че имаме поне средствата тогава да се опитаме да направим серийно много от тези парчета, за да можем евентуално да ги асемблираме за да направим тази мегабазисна хромозома. И така, значително по-голяма отколкото дори мислихме, че ще достигнем в началото.

Имаше няколко стъпки до това. Имаше две страни. Трябваше да открием химията за направата на големи молекули от ДНК, и трябваше да открием биологичната страна на това как, ако имахме тази нова химическа единица, как бихме могли да я задействаме, да я активираме, в рецепторна клетка. И така имахме два екипа, работещи паралелно, един екип над химията, а другият опитвайки се да успее да трансплантира цели хромозоми, за да получат нови клетки. Когато започнахме това си помислихме, че синтезата ще бъде най-големият проблем, ето защо избрахме най-малкият геном.

И някои от вас са забелязали, че преминахме от най-малкият геном, към доста по-голям. И ние можем да обясним подробно причините за това, но в основни линии, за малката клетка бяха необходими от порядъка на 1-2 месеца, за да получим резултати, докато за по-голямата, по-бързо растяща клетка отнемаше само два дни. Така че има само толкова много цикли, през които бихме могли да преминем за една година, при шест седмици за цикъл. И трябва да знаете, че общо взето, 99, може би повече от 99% на нашите опити бяха неуспешни. Така че това беше отстраняване на грешки, сценарий за решаване на проблеми от самото начало, понеже нямаше рецепта, за това как да се стигне до там.

И така, една от най-важните ни публикации беше през 2007 година. Карол Латриг ръководеше опитите да се трансплантира в действителност бактериална хромозома, от една бактерия в друга. Мисля, философски погледнато, че това беше една от най-важните публикации, които някога сме правили, защото показваше колко динамичен беше живота. И ние знаехме, веднъж след като това работеше, че наистина имахме шанс, ако можем да направим синтетични хромозоми, да направим същото с тези. Не знаехме, че ще ни отнеме няколко години или повече, за да стигнем дотам.

През 2008 година публикувахме пълният синтез на генома на Mycoplasma genitalium, малко повече от 500 000 букви от генетичен код, но все още не бяхме успели да задействаме тази хромозома. Мислим, отчасти, заради бавния й растеж, и отчасти заради това, че клетките имат различни видове уникални защитни механизми, за да не позволят тези събития да се случат. Оказа се, че клетката, в която се опитвахме да направим трансплантация, имаше нуклеаза, ензим, който дъвче ДНК на повърхността си, и с радост ядеше синтетичната ДНК, която му давахме, и никога не получаваше трансплантации. Но по това време, това беше най-голямата молекула от определена структура, която е била направена.

И така двете страни напредваха, но част от синтеза трябваше да се извърши, или беше в състояние да бъде извършена, използвайки дрожди, поставяйки фрагментите в дрожди, и дрождите щяха да ги асемблират за нас. Това беше невероятна крачка напред, но имахме проблем, защото сега имахме бактериалните хромозоми растящи в дрожди. Така че в допълнение към извършването на трансплантацията, трябваше да разберем как да получим бактериална хромозома от еукариотна дрожда, във форма, в която можем да я трансплантираме в рецепторна клетка.

Така че нашият екип разработи нови техники всъщност за отглеждане, клониране на цели бактериални хромозоми в дрожди. И така, ние взехме същите геноми на Mycoides, които Карол беше трансплантирала първоначално, и ги отгледахме в дрожди, като изкуствена хромозома. И си помислихме, че това би било страхотен тест, за да научим как да получим хромозоми от дрожди и да ги трансплантираме. Когато направихме тези опити, обаче, можахме да получим хромозомата от дрождите, но не можахме да я трансплантираме и задействаме клетката. Този малък проблем отне на екипа две години за решаване.

Оказва се, че ДНК в бактериалната клетка е всъщност метилирана, и метилирането я предпазва от рестрикционния ензим, от поглъщането на ДНК. Така че това, което открихме е, че ако вземем хромозома от дрожди и го метилираме, след това бихме могли да го трансплантираме. Допълнителен напредък дойде, когато екипът отстрани гените на рестрикционните ензими от рецепторната клетка на capricolum. И, веднъж след като бяхме направили това, сега можехме да вземем "голо" ДНК от дрожди и да го трансплантираме.

И така, миналата есен, когато публикувахме резултатите от тази работа в списание "Наука," ние всички станахме самоуверени, и бяхме сигурни, че сме само на няколко седмици от това, да сме в състояние да задействаме една хромозома от дрожди. Заради проблемите с Mycoplasma genitalium и бавния й растеж, преди около година и половина, решихме да синтезираме много по-голямата хромозома, хромозомата на Mycoides, знаейки, че имахме биологията разработена за това, за трансплантация. И Дан ръководи екипа за синтезиране на тази хромозома надхвърляща един милион базови двойки. Но се оказа, че нямаше да бъде толкова просто, в крайна сметка. И това ни върна три месеца назад, защото имахме една грешка в над един милион базови двойки в тази последователност.

Така че екипът разработи нов софтуер за отстраняване на грешки, с който можехме да тестваме всеки синтетични фрагмент, за да видим дали би могъл да се развива на заден план в некултивирано ДНК. И открихме, че 10 от 11 от 100 000 базови двойки части, които синтезирахме бяха напълно точни и съвместими с поредица, която дава живот. Намалихме го до един фрагмент. Секвентирахме го и установихме, че само една базова двойка беше изтрита в основен ген. Така че точността е от съществено значение. Има части на генома, където не може да се толерира дори една единствена грешка, и след това има части на генома, където може да поставим големи блокове от ДНК, както направихме с водните знаци, и той може да толерира всички видове грешки. Така че ни отне около три месеца, за да установим грешката и да я отстраним. И после, рано една сутрин, в 6 сутринта, получихме съобщение от Дан, в което се казваше, че сега първите сини колонии съществуват.

Така че беше дълъг път, за да се стигне дотук -- 15 години от началото. Чувствахме, един от принципите в тази област беше да сме абсолютно сигурни, че можем да разграничим синтетична ДНК от естествена ДНК. В началото, когато работите в нова област на науката, трябва да си мислите за всички клопки и неща, които могат да ви водят да повярвате, че сте направили нещо, когато не сте, и още по-лошо, което да накара другите да го повярват. Така че ние решихме, че най-тежкият проблем ще бъде замърсяване на една молекула от естествената хромозома, което да ни накара да повярваме, че всъщност сме създали синтетична клетка, когато щеше да е просто един замърсител.

Така в началото разработихме възгледа за поставяне на водни знаци в ДНК, за да сме абсолютно сигурни, че ДНК-то е синтетично. И на първата хромозома, която изградихме, през 2008 година, тази с 500 000 базови двойки, просто поставихме имената на авторите на хромозома в генетичния код. Но това използваше само аминокиселинен еднобуквен превод, който изпуска някои букви от азбуката. Така че екипът всъщност разработи нов код, вграден в кода, вграден в кода. Така че това е нов код за тълкуване и писане на съобщения в ДНК. Сега, математиците скриват и пишат съобщения в генетичния код от дълго време, но е ясно, че те са математици, а не биолози, защото, ако пишете дълги съобщения с кода, който математиците са разработили, най-вероятно ще доведе до синтезиране на нови протеини с неизвестни функции.

Кодът, който Майк Монтагю и неговият екип разработиха всъщност поставя често стоп кодони. Така че това е различна азбука, но ни дава възможност да използваме цялата английска азбука с препинателните знаци и цифрите. Така че има четири значими водни знаци, разположени сред хиляда базови двойки в генетичния код. Първият всъщност съдържа в него този код за тълкуване на останалата част от генетичния код. Така че в останалата информация, във водните знаци се съдържат имената на, мисля, че това са, 46 различни автори и ключови сътрудници, за довеждането на проекта до този етап. И също така вградихме един адрес на сайт, така че ако някой декодира кода, вграден в кода, вграден в кода, да може да изпрати електронно писмо до този адрес. Така че е ясно различим, от всички други видове, с това, че има 46 имена в него, свой собствен уеб адрес. И ние добавихме три цитата, понеже при първият геном, бяхме обвинени, че не се опитваме да кажем нещо по-мъдро, а не само да се подпишем на работата.

Така че ние няма да дадем останалата част на кода, но ще ви дадем трите цитата. И така, първият е, "Да живеем, да грешим, да не сполучваме, да триумфираме и да пресъздадем живот от живота." Това е цитат от Джеймс Джойс. Вторият цитат е: "Вижте нещата не така както са, а така както биха могли да бъдат." Това е цитат от "Американски Прометей" книга за Робърт Опенхаймер. И последният е цитат от Ричард Файнман. "Това, което не мога да изградя, не мога да разбера." И така, тъй като това е както философски напредък, така и технически напредък в науката, ние се опитахме да се справим както с философската, така и с техническата страна.

Последното нещо, което искам да кажа, преди да се спра на въпросите е, че задълбочената работа, която направихме, искането за проверка на етичните принципи, иновациите в тази, както и в техническа гледна точка, това беше широко дискутирана тема в научната общност, в политическата общност, и в най-високите нива на федералното правителство. Дори и с това уведомление, както направихме и през 2003 година -- тази работата е финансирана от Министерството на енергетиката -- работата беше разгледана на нивото на Белия дом, опитвайки се да решат дали да класифицират работата или да я публикуват. И те се спряха на страната на отворена публикация, което е правилният подход. Ние информирахме Белия дом. Запознахме членове на Конгреса. Опитахме се да вземем и подложим на натиск политическите въпроси, успоредно с научния напредък.

Така че с това бих искал да дам думата на присъстващите за въпроси. Да, в задната част.

Репортер: Може ли да обясните на прост език, колко значително откритие е това, моля?

Крейг Вентър: Може ли да обясним колко е значително това? Не съм сигурен, че ние сме тези, които трябва да обяснят колко значително е. Това е важно за нас. Може би това е една гигантска философска промяна, за това как гледаме на живота. Всъщност го виждаме като бебешка стъпка по отношение на, отне ни 15 години за да можем, сега, да направим експеримента, който искахме да направим преди 15 години, за разбирането на живота на базисно ниво. Но всъщност вярваме, че това ще бъде един много мощен набор от инструменти. И вече започваме да използваме този инструмент в много начинания.

В момента имаме в института текущо финансиране, сега, от Националните институти по здравеопазване в програма с Новартис, за да се опитаме да използваме тези нови синтетични ДНК инструменти, за да направим, може би, грипната ваксина, която можете да получите следващата година. Защото, вместо да отнеме седмици до няколко месеца, за да се направят тези ваксини, вече екипът на Дан може да ги направи за по-малко от 24 часа. Така че, когато видите колко време отне, за да се получи H1N1 ваксина, мислим, че можем да съкратим този процес доста съществено. В областта на ваксините, "Синтетична геномика" и института формират нова компания за ваксини, защото смятаме, че тези средства може да повлияят на ваксините за заболявания, за които това не е било възможно до момента, неща, където вирусите се развиват бързо, такива като риновируси. Не би ли било хубаво да има нещо, което наистина блокира обикновените настинки? Или, още по-важно, ХИВ, където вирусът се развива толкова бързо, че ваксините, които се правят днес не могат да се справят с тези еволюционни промени.

Също така в "Синтетична геномика", работим по значими проблеми на околната среда. Мисля, че последният нефтен разлив в (Мексиканския) залив е напомняне. Ние не можем да видим CO2; зависим от научни измервания за него, и виждаме началните резултати от това, че има прекалено много от него. Но сега можем да видим преди CO2, плаващ по водите и замърсяващ плажовете на (Мексиканския) залив. Имаме нужда от алтернативи на нефта. Имаме програма с Exxon Mobile, за разработване на нови видове от водорасли, които могат ефективно да улавят въглероден диоксид от атмосферата или от концентрирани източници, правим нови въглеводороди, които да могат да се използват в техните рафинерии, за направата на нормален бензин и дизелово гориво от CO2.

Това са само няколко от подходите и направленията, по които сме тръгнали.

(Ръкопляскания)