Craig Venter ist kurz davor künstliches Leben zu erschaffen

Sie wissen, ich habe über einige dieser Projekte bereits zuvor gesprochen, über das menschliche Genom und was das bedeuten könnte, und über die Entdeckung neuer Gruppen von Genen. Tatsächlich starten wir von einem neuen Punkt: Wir haben die Biologie digitalisiert und jetzt versuchen wir vom digitalen Code in eine neue Phase der Biologie zu gelangen indem wir neues Leben gestalten und aufbauen.

Wir haben immer versucht bedeutende Fragen zu stellen. Was ist Leben? Es ist etwas, wovon ich glaube, dass viele Biologen versucht haben zu verstehen und das auf unterschiedlichen Ebenen. Wir haben verschiedene Ansätze versucht um es bis auf die minimalen Komponenten zu vereinfachen. Wir haben nahezu 20 Jahre digitalisiert. Als wir das Humangenom sequenziert haben vollzog sich der Wechsel von der analogen Welt der Biologie zur digitalen Welt der Computer. Nun versuchen wir zu fragen, ob wir Leben regenerieren können oder ob wir neues Leben erstellen können, aus diesem digitalen Universum?

Das ist die Karte eines kleinen Organismus, Mycoplasma geitalium, der das kleinste Genom einer Spezies besitzt die sich selbst im Labor replizieren kann. Und wir haben versucht ob wir das mit einem noch kleineren Genom erreichen können. Wir haben es geschafft auf ungefähr einhundert Gene zu verzichten von den 500 oder so, die hier sind. Aber wenn wir uns diese metabolische Karte ansehen, die sehr simpel ist, im Vergleich zu unserer. Vertrauen Sie mir, das ist simpel. Aber wenn wir uns alle diese Gene ansehen die wir eines nach dem anderen eliminieren können ist es sehr unwahrscheinlich dass dies zu einer lebenden Zelle führen würde. Daher haben wir uns entschlossen, dass es der einzige Weg nach Vorne ist dieses Chromosom tatsächlich zu synthetisieren was uns erlaubt die einzelnen Komponenten zu variieren und somit einige dieser fundamentalen Fragen zu stellen. Und so fingen wir an mit der Frage, können wir ein Chromosom synthetisieren? Ermöglicht es die Chemie diese wirklich großen Moleküle zu erstellen was noch nie zuvor gemacht wurde? Und, wenn wir das können, können wir das Chromosom starten? Ein Chromosom ist so nebenbei nur ein Stück inertes chemisches Material. Unsere Schritte bei der Digitalisierung des Lebens waren exponentiell.

Unsere Fähigkeit genetischen Code zu schreiben hat sich sehr langsam entwickelt aber trotzdem gesteigert. Und unser letzter Punkt würde jetzt auf eine exponentielle Kurve setzen. Wir haben vor 15 Jahren damit begonnen. Es dauerte tatsächlich einige Jahre beginnend mit einem bioethischen Review bevor wir die ersten Experimente machten. Wie sich herausstellte ist DNA-Synthetisierung sehr schwierig. Es gibt zehntausende Maschinen rund um die Welt die kleine Stücke von DNA herstellen können, 30 bis 50 Buchstaben lang aber es ist ein degenerativer Prozess, also je länger man ein Stück macht, umso mehr Fehler passieren. Also mussten wir eine neue Methode entwickeln mit der wir diese kleinen Stücke zusammensetzen und die Fehler korrigieren konnten.

Das war unser erster Versuch, beginnend mit der digitalen Information, des Genoms Phi X 174. Es ist ein kleiner Virus der Bakterien tötet. Wir erstellten kleine Stücke, machten eine Fehlerkorrektur und hatten ein DNA Molekül von ungefähr 5.000 Buchstaben. Die spannende Phase kam als wir dieses Stück inerte Chemikalie nahmen und in ein Bakterium gaben, und das Bakterium begann den genetischen Code zu lesen und machte virale Partikel. Die viralen Partikel wurden dann von den Zellen freigegeben und kamen zurück und töteten E. coli. Kürzlich habe ich mit der Ölindustrie gesprochen und sie sagten dass sie dieses Modell genau verstünden.

(Lachen)

Sie lachten mehr als ihr es hier tut.

So denken wir, dass das eine Situation ist in der Software tatsächlich die eigene Hardware bauen kann in einem biologischen System. Aber wir wollten noch viel weiter gehen. Wir wollten ein gesamtes bakterielles Chromosom bauen. Es hat mehr als 580.000 Buchstaben genetischen Code. So dachten wir uns, wir bauen es in Kassetten von der Größe des Virus womit wir die Größe der Kassetten variieren konnten um zu verstehen was die einzelnen Komponenten einer lebenden Zelle sind. Design ist der Schlüssel, und wenn man mit digitaler Information im Computer starten will muss diese digitale Information wirklich fehlerfrei sein. Als wir das Genom erstmals 1995 sequenziert haben war die Fehlerrate bei einem Fehler pro 10.000 Basenpaare. Wir fanden beim resequenzieren 30 Fehler. Wenn wir die originale Sequenz verwendet hätten wäre es nie möglich gewesen hochzufahren. Ein Teil des Designs ist es, Stücke zu erstellen die 50 Buchstaben lang sind und die mit anderen 50-Buchstaben Stücken überlappen müssen, um kleinere Sub-Einheiten zu bauen damit diese zusammenpassen. Wir haben einzigartige Elemente hier eingebaut.

Sie haben vielleicht gehört dass wir Waterzeichen eingebaut haben. Denken Sie darüber nach: Wir haben einen 4-Buchstaben Code: A, C, G und T. Triplets dieser Buchstaben -- diese Buchstaben kodieren ungefähr 20 Aminosäuren; und hier gibt es eine einzelne Bestimmung für jede dieser Aminosäuren. Also können wir den genetischen Code verwenden um unsere Wörter zu schreiben, Sätze, Gedanken. Anfangs haben wir nur unterschrieben. Manche Menschen waren enttäuscht dass es keine Poesie war. Wir haben die Stücke so konstruiert dass wir sie einfach mit Enzymen zerlegen konnten. Es gibt Enzyme die diese reparieren und wieder zusammenfügen. Und wir haben angefangen Stücke zu erstellen, beginnend mit Stücken die fünf- bis siebentausend Buchstaben enthielten, fügten diese aneinander um 24.000-Buchstaben-Stücke zu machen um diese wieder zusammenzufügen, bis zu 72.000.

In jedem Schritt haben wir diese Stücke im Überschuss produziert damit wir sie sequenzieren konnten, weil wir versuchten einen sehr robusten Prozess zu kreieren was Sie in einer Minute sehen werden. Wir haben versucht zum Punkt der Automation zu gelangen. Also, das sieht aus wie ein Basketball-Playoff. Wenn wir zu diesen richtig großen Stücken gelangen -- mit über 100.000 Basenpaaren -- dann werden diese nicht einfach in E. coli wachsen. Es übersteigt alle Möglichkeiten der modernen Molekularbiologie. Und so wandten wir uns anderen Mechanismen zu. Wir wussten von einem Mechanismus der homologe Rekombination genannt wird, den die Biologie verwendet um DNA zu reparieren, die solche Stücke zusammenfügen kann. Hier ist ein Beispiel davon. Es gibt einen Organismus namens Deinococcus radiodurans der drei Millionen Rad an Strahlung übersteht.

Sie sehen im oberen Feld, dass sein Chromosom einfach auseinander fällt. 12 bis 24 Stunden später, hat sich alles wieder so zusammengefügt wie es war. Wir haben tausende Organismen die das tun können. Diese Organismen können total ausgetrocknet werden, sie können sogar im Vakuum leben. Ich bin absolut sicher dass Leben im Weltraum existieren und sich bewegen kann, auf der Suche nach aquatischen Bedingungen. Tatsächlich, die NASA hat gezeigt dass es vieles davon dort draußen gibt.

Hier ist eine Gefügeaufnahme von dem Molekül das wir hergestellt haben indem wir diese Prozesse benutzt haben - tatsächlich haben wir nur Hefe-Mechanismen verwendet mit dem richtigen Design der Stücke haben wir sie eingepasst. Hefe fügt diese dann automatisch zusammen. Das ist keine Elektronenmikroskopaufnahme es ist eine reguläre Mikroskopaufnahme. Es ist so ein großes Molekül, dass wir es sogar mit dem Lichtmikroskop sehen können. Das sind Aufnahmen über eine Dauer von 6 Sekunden.

Das ist die Publikation die wir erst kürzlich fertig gestellt haben. Das sind über 580.000 Buchstaben an genetischem Code. Es ist das größte Molekül mit definierter Struktur das jemals von Menschen erschaffen wurde. Es hat ein Molekulargewicht von über 300 Millionen. Wenn wir es mit einer Schriftgröße von 10 und ohne Abstände ausdrucken würden würde es 142 Seiten umfassen, nur um diesen genetischen Code auszudrucken. Nun, wie starten wir ein Chromosom? Wie aktivieren wir es? Offensichtlich ist, dass es mit einem Virus sehr simpel ist. Es ist viel komplizierter mit Bakterien umzugehen. Es ist ebenso einfacher wenn man es in Eukaryonten wie wir es sind tut: man nimmt einfach den Nukleus raus und gibt einen anderen hinein, und das ist genau das was Sie alle über das Klonen gehört haben. Bei Archaebakterien ist das Chromosom in die Zelle integriert aber erst kürzlich haben wir gezeigt, dass man eine komplette Transplantation eines Chromosoms von einer Zelle zur anderen vornehmen kann und diese aktivieren kann. Wir reinigten das Chromosom einer Mikrobenspezies. Grob gesagt, sind diese beiden soweit voneinander entfernt wie Menschen und Mäuse. Wir gaben einige Extra-Gene dazu damit wir dieses Chromosom auswählen konnten. Wir zersetzten es mit Enzymen um alle Proteine zu zerstören. Und es war sehr erstaunlich als wir es in eine Zelle gaben -- und Sie werden unsere sehr ausgereiften Graphiken hier schätzen -- das neue Chromosom ging in die Zelle. Tatsächlich dachten wir, dass hier das Ende ist, aber wir haben versucht den Prozess etwas weiter zu bringen.

Das ist der Hauptmechanismus der Evolution hier. Wir finden alle Arten von Spezies hier die ein zweites Chromosom aufgenommen haben oder ein drittes von irgendwoher, jedes Mal tausende Charakteristiken in nur einer Sekunde zu einer Spezies hinzufügend. Menschen also, die sich Evolution vorstellen als ein Gen das zu einem Zeitpunkt geändert wird haben viel von der Biologie verpasst.

Es gibt Enzyme die Restriktionsenzyme genannt werden die tatsächlich DNA verdauen. Das Chromosom das in der Zelle war hat keines; die Chromosomen die wir eingefügt haben schon. Es wurde in der Zelle exprimiert und erkannte das andere Chromosom als fremdes Material verdaute es und so hatten wir am Ende nur eine Zelle mit einem neuen Chromosom. Es verfärbte sich blau wegen der Gene die wir eingefügt hatten. Und nach einer sehr kurzen Zeit hatte es alle Charakteristika der Spezies verloren und konvertierte komplett in eine neue Spezies basierend auf der neuen Software die wir in die Zelle gegeben haben. Alle Proteine änderten sich die Membranen änderten sich -- als wir den genetischen Code lasen, war es genau das was wir transferiert haben.

Es mag wie genomische Alchimie klingen, aber wir können, indem wir die Software-DNA verschieben, Dinge ziemlich dramatisch verändern. Nun habe ich argumentiert, dass dies nicht die Genesis ist -- das basiert auf 3,5 Milliarden Jahren Evolution und ich habe argumentiert dass wir möglicherweise dabei sind eine neue Form der Kambrischen Explosion zu erschaffen in der es massive neue Artenbildung basierend auf diesem digitalen Design geben könnte.

Warum sollten wir das tun? Ich denke es ist ziemlich offensichtlich im Hinblick auf was wir brauchen. Wir sind dabei von sechseinhalb zu neun Milliarden Menschen in den nächsten 40 Jahre anzuwachsen. Um es in meinen Zusammenhang zu stellen: Ich wurde im Jahr 1946 geboren. Heute sind drei Menschen auf diesem Planeten für jeden der im Jahr 1946 existiert hat; innerhalb von 40 Jahren werden es vier sein. Wir haben Probleme mit Nahrungsmitteln, mit frischem und sauberem Wasser, Medizin, Treibstoff für 6,5 Milliarden Menschen. Es wird eine Herausforderung das für 9 anzubieten. Wir brauchen über fünf Milliarden Tonnen Kohle, 30-Plus Milliarden Fässer Öl. Das sind hundert Millionen Fässer am Tag. Wenn wir über biologische Prozesse nachdenken oder irgendeinen Prozess um das zu ersetzen, wird es eine riesige Herausforderung. Dann, natürlich, gibt es das ganze CO2 von diesem Material das in der Atmosphäre landet.

Wir haben nun, aus unseren Entdeckungen aus der ganzen Welt, eine Datenbank mit ungefähr 20 Millionen Genen, und ich möchte daran glauben dass diese die Designkomponenten der Zukunft sind. Die Elektronikindustrie hatte ein Dutzend Komponenten und sehen Sie sich die Vielfalt an die daraus entstand. Wir stoßen hier in erster Linie an die Grenzen der biologischen Realität und an jene unserer Vorstellung. Wir haben heute Technologien aufgrund dieser schnellen Synthesemethoden, um das zu tun was wir Kombinatorische Genetik nennen. Wir haben nun die Möglichkeit einen großen Roboter zu bauen der Millionen von Chromosomen am Tag herstellen kann. Wenn Sie sich vorstellen diese 20 Millionen unterschiedlichen Gene herzustellen oder diese Prozesse zu optimieren um Oktan herzustellen oder Medikamente neue Impfstoffe, wir können mit einem nur kleinen Team mehr Molekularbiologie verändern als die letzten 20 Jahre Wissenschaft. Und es ist nur nurmale Selektion. Wir können nach Lebensfähigkeit selektieren, Produktion von Chemikalien oder Treibstoffproduktion Impfstoffproduktion und so weiter.

Das ist eine Aufnahme von wirklicher Design-Software an der wir arbeiten, mit der man sich tatsächlich hinsetzen und neue Spezies am Computer designen kenn Wissen Sie, wir wissen nicht unbedingt wie es aussehen wird. Wir wissen exakt wie deren genetischer Code aussehen wird. Wir konzentrieren uns nun auf Treibstoffe der vierten Generation. Sie haben kürzlich Mais zu Ethanol gesehen was einfach ein schlechtes Experiment ist. Wir haben Treibstoffe der zweiten- und dritten Generation die relativ bald herauskommen werden die viel höhere Zuckerwertigkeiten haben werden, wie Oktan oder unterschiedliche Arten von Butanol.

Aber, wie wir denken, die einzige Art damit Biologie einen großen Einfluss ohne weitere Steigerung der Kosten auf Nahrungsmittel oder der Einschränkung von deren Verfügbarkeit haben wird ist, wenn wir CO2 als Ausgangsmaterial sehen, und daher arbeiten wir an Zellen die diesen Weg gehen, und wir denken dass wir die ersten mit Treibstoffen der vierten Generation sein werden, und das in etwa 18 Monaten. Sonnenlicht und CO2 sind eine Methode -- (Applaus) -- aber in unserer Entdeckung der Welt, haben wir alle Arten unterschiedlicher Methoden.

Das ist ein Organismus den wir 1996 beschrieben haben. Er lebt in der Tiefsee, ungefähr ein-einhalb Meilen tief, bei nahezu kochenden Wassertemperaturen. Es wandelt CO2 in Methan um unter der Verwendung von Wasserstoff als Energiequelle. Wir untersuchen ob wir gespeichertes CO2 verwenden können, welches einfach zu Produktionsplätzen gebracht werden könnte, konvertieren das CO2 in Treibstoff, um diesen Prozess anzutreiben.

Innerhalb einer kurzen Zeitspanne glauben wir, wir könnten in der Lage sein eine der grundlegenden Fragen des Lebens zu lösen. Wissen Sie, wir haben wirklich -- moderate Ziele wie dem Ersatz der gesamten Petrochemischen Industrie.

(Lachen) (Applaus)

Genau. Wenn man das nicht bei TED tun könnte, wo sonst?

(Lachen)

Eine Hauptquelle der Energie zu werden. Aber genauso arbeiten wir momentan daran, die gleichen Ansätze für die Entwicklung von Impfstoffen einzusetzen. Sie haben es dieses Jahr mit der Grippe gesehen, wir sind immer ein Jahr hinten dran und haben einen Dollar zu wenig, wenn es um den richtigen Impfstoff geht. Ich denke, dass das geändert werden kann indem man rekombinante Impfstoffe im Vorhinein erstellt. Das ist es, wie die Zukunft möglicherweise aussehen könnte mit Änderungen, kann heute der Evolutionsbaum beschleunigt werden mit synthetischen Bakterien, Archaen, und eventuell Eukaryonten. Wir sind Lichtjahre davon entfernt Menschen zu verbessern. Unser ziel ist es lediglich, dass wir eine Chance haben lange genug zu überleben um das möglicherweise zu tun. Vielen Dank!

(Applaus)