Barry Schuler: Genomics 101 - introducere în genomică

Ceea ce se întâmplă în genomică, şi cum această revoluţie este pe cale să schimbe tot ceea ce ştim despre lume, despre viaţă, despre noi înşine şi ceea ce credem despre toate acestea.

Dacă aţi văzut: "2001: O Odisee Spaţială", şi aţi auzit acel bum-bum-bum-bum şi aţi văzut monolitul, înţelegeţi că era reprezentarea lui Arthur C. Clarke, că eram într-un moment cheie a evoluţiei speciei noastre. În acest caz, era ridicarea unor oase şi crearea unei unelte, folosirea ei ca atare, ceea ce înseamnă că maimuţele, alergând în sus şi în jos, mâncând şi împerechinduse, şi-au dat seama, cumva, că pot face lucruri dacă foloseau o unealtă. Şi asta ne-a făcut să trecem la următorul nivel.

Şi, ştiţi, în special în ultimii 30 de ani am fost martorii unei revoluţii în cunoştinţe şi tehnologie, şi tehnologia a generat şi mai multe cunoştinţe şi ne-a proporţionat unelte. Şi am fost martorii multor momente cheie. Crearea micilor computere în anii 70 şi la începutul anilor 80, şi cine ar fi crezut atunci, că fiecare persoană nu va avea doar un computer ci probabil 20, în casa voastră, şi nu doar în PC, ci în orice aparat -- în maşina de spălat, în telefonul mobil. Daţi o raită; maşina voastră are 12 microprocesoare. Şi am mers mai departe şi am creat Internetul şi am conectat lumea împreună eliminând frontiere.

Am fost martorii atâtor de multe schimbări, iar în ziua de azi avem la dispoziţie aceste unelte -- aceste unelte de mare precizie -- care ne permit să ne focalizăm atenţia asupra a ceea ce ne este comun tuturora, şi acesta este genomul.

Cum se simte genomul vostru azi? V-aţi gândit la asta recent? Aţi auzit măcar de el? Probabil veţi auzi de genomuri în aceste zile.

M-am gândit să vă spun pe scurt ce este un genom. Este un... şi e ca şi atunci când îi intrebi pe oameni, Ei bine, ce este un megabyte sau un megabit? Şi ce este broadband-ul? Oamenii niciodată nu vor să recunoască: "Eu chiar nu înţeleg". Aşa că am vă spun chiar acum. Aţi auzit de ADN; probabil aţi studiat un pic la biologie. Cuvântul genom descrie tot ADN-ul care se află într-un organism viu. Şi trăsătura comună tuturor formelor de viaţă este ADN-ul. Nu contează dacă eşti o drojdie; nu contează dacă eşti un şoarece; nu contează dacă eşti o muscă; cu toţii avem ADN. ADN-ul este organizat în, hai să le numim „cuvinte“: gene şi cromozomi.

Şi când în anii 50 Watson şi Crick au decodat pentru prima dată această frumoasă spirală dublă pe care o cunoaştem sub numele de molecula de ADN, o moleculă foarte lungă şi complicată, am început pe parcurs să înţelegem că în ADN stă scris un limbaj care ne determină caracteristicile: trăsăturile noastre, ceea ce moştenim, ce boli putem contracta. Am descoperit de asemenea că aceasta este o moleculă foarte veche, că tot ADN-ul din corpul vostru a existat din totdeauna, încă de la început, de la începuturile noastre ca şi fiinţe. Funcţionează ca o arhivă istorică.

În genomul vostru se află istoria speciei noastre, şi a fiecăruia ca individ, de unde se vine, mergând înapoi mii şi mii şi mii de ani, iar acest lucru începe să fie înţeles acum. Dar genomul este şi manualul de instrucţiuni. Este programul. Este codul vieţii. Este ceea ce vă face să funcţionaţi; este ceea ce face ca toate organismele să funcţioneze. ADN-ul este o moleculă foarte elegantă. Este lungă şi este complicată. Tot ce trebuie să ştiţi despre ea este că ai patru litere: A, T, C, G; reprezintă numele unor compuşi chimici. Şi cu aceste patru litere puteţi crea un limbaj: un limbaj care poate descrie orice, chiar şi lucruri foarte complicate. Ştiţi, sunt de obicei puse pe perechi, creând astfel un "cuvânt" sau ceea ce numim perechi de baze. Şi când vă gândiţi la asta, patru litere, sau reprezentarea a patru lucruri, ne fac să funcţionăm.

Şi asta poate să nu sune prea intuitiv, dar permiteţi-mi să compar cu ceva cu care sunteţi familiari, şi acestea sunt calculatoarele. Uitaţi-vă la acest ecran de aici unde vedeţi imagini şi cuvinte, dar de fapt toate sunt unuri şi zerouri. Limbajul technologiei este binar; probabil aţi auzit de asta cândva. Tot ce se întâmplă în universul digital este convertit, sau reprezentat, ca unu şi zero. Deci, când vă ascultaţi muzica favorită pe iTunes, este de fapt doar o mulţime de unuri şi zerouri într-o secvenţă foarte rapidă. Când vedeţi aceste imagini, sunt doar unuri şi zerouri, şi când vorbiţi la telefon, la telefonul celular, şi se transmit în reţea, vocea se transformă în unuri şi zerouri şi transmisă în mod magic. Şi uitaţi-vă la toate lucrurile complicate şi minunate pe care am fost în stare să le creăm doar cu unuri şi zerouri.

Acum, ridicaţi asta la puterea patru şi obţineţi ceva mult mai complex, o mulţime de posibilităţi de a descrie mecanisme. Aşa că, haideţi să vedem ce înseamnă asta. Deci, dacă vă uitaţi la genomul uman, acesta constă din 3.2 miliarde de perechi de baze. Asta e foarte mult. Şi ele se amestecă în diverse moduri, iar acesta vă face o fiinţă umană. Dacă convertiţi acest număr in sistemul binar, doar ca să luăm un punct de referinţă, suntem de fapt mai mici decât programul Microsoft Office. Nu sunt chiar aşa de multe date. Şi vă spun că suntem la fel de plini de erori de programare. (Râsete)

Aceasta de aici este o eroare în genomul meu cu care mă lupt de foarte, foarte mult timp. Când vă îmbolnăviţi, este o eroare în genomul vostru. De fapt, foarte, foarte multe boli cu care ne-am luptat vreme îndelungată, ca de exemplu cancerul, nu am fost în stare să le vindecăm fiindcă pur şi simplu nu înţelegem cum funcţionează la nivel genomic. Începem să înţelegem asta.

Deci, până acum am încercat să le reparăm folosind ceea ce eu numesc farmacologie intensivă, adică folosim chimicale împotriva lor, crezând că poate va funcţiona. Dar dacă am înţelege de ce se transformă de fapt o celulă normală într-una canceroasă, care este codul, care sunt instrucţiunile exacte care o fac să se transforme, atunci am putea să iniţiăm procesul prin care să încercăm să o reparăm şi să o descifrăm. Aşa că iată câteva date concrete despre care să vorbiţi la cină la o sticlă de vin.

Avem de fapt cam 24 000 de gene care fac lucruri. Avem cam o sută, o sută douăzeci de mii de alte gene care nu par să funcţioneze zilnic, dar care reprezintă istoria noastră arhivată despre cum funcţionam ca specie mergând în urmă cu zeci de mii de ani. S-ar putea deasemenea să fiţi interesaţi în a şti că un şoarece are cam aceeaşi cantitate de gene.

Au secvenţiat recent strugurii Pinot Noir şi au cam 30 000 de gene, aşa că numărul genelor pe care le aveţi nu reprezintă în mod obligatoriu complexitatea sau ordinea evolutivă a unei anumite specii. Acum, uitaţi-vă în jur: uitaţi-vă la cel de lângă voi, priviţi în faţă, priviţi în spate. Arătăm destul de diferit. Ai o mulţime de oameni foarte frumoşi şi eleganţi, slăbănogi, durdulii, diferite rase şi culturi. Suntem 99,9% egali din punct de vedere genetic. Doar 0,01% din materialul genetic face diferenţa dintre oricare din noi. Asta este o cantitate foarte mică de material, dar în fond, felul în care se manifestă este ceea ce aduce schimbări în oameni şi în toate speciile.

Aşadar acum suntem capabili să citim genomurile. Primul genom uman a costat zece ani şi 3 miliarde de dolari. A fost citit de doctorul Craig Venter. Apoi genomul lui James Watson -- unul dintre fundatorii teoriei ADN-ului -- a costat 2 milioane de dolari şi s-a citit în numai două luni. Şi dacă vă gândiţi la industria informatică şi cum am trecut de la calculatoarele mari la cele mici şi cum sunt de fiecare dată mai puternice şi mai rapide, acelaşi lucru se întâmplă acum cu secvenţierea genelor: suntem pe punctul de a putea secvenţa genomul uman la un preţ de vreo 5000 de dolari pe oră sau pe jumătate de oră; veţi fi martorii acestui lucru în următorii cinci ani.

Iar asta înseamnă că veţi avea genomul vostru personal pe un smart card. Va apare aici. Şi când veţi cumpăra medicamente, nu veţi cumpăra unul folosit de toată lumea. Veţi arăta genomul vostru farmacistului, iar medicamentul va fi făcut doar pentru voi şi va funcţiona mult mai bine decât cele care se prescriau înainte. Nu veţi suferi de efecte secundare. Toate acele efecte secundare, reziduale, în fine orice se menţionează în reclame: uitaţi de ele. Va face ca toate acestea să dispară.

Cum arată un genom? Păi, iată-l. Este o serie lungă de perechi de baze. Dacă aţi vedea genomul unui şoarece sau al unui om, ar arăta la fel ca asta, dar cu ceea ce se ocupă acum oamenii de ştiinţă este să înţeleagă ceea ce fac aceste genomuri şi ce înseamnă. Fiindcă ceea ce face Natura tot timpul este să selecteze. Cu alte cuvinte, primele secvenţe de aici, presupunând că aceasta este o viţă-de-vie, înseamnă: fă o rădăcină, fă o creangă, crează un boboc. Într-o fiinţă umană, asta de aici de jos ar putea însemna: fă celule sanguine, porneşte cancerul. Pentru mine ar putea însemna: conservă fiecare calorie obţinută, fiindcă eu vin dintr-o climă foarte rece. Pentru soţia mea: mănâncă de trei ori mai mult şi nu te vei îngrăşa niciodată. Totul este ascuns în acest cod, şi începe să fie înţeles cu o viteză ameţitoare.

Deci ce putem face cu aceste genomuri acum că le putem citi, acum că începem să avem cartea vieţii? Ei bine, multe lucruri. Unele sunt captivante. Unii oameni le vor găsi foarte înspăimântătoare: vă voi spune câteva lucruri care probabil vă vor face să vreţi să vomitaţi direct pe mine, dar nu-i nimic. Deci acum putem să descifrăm istoria organismelor.

Puteţi face un test foarte simplu: recoltaţi-vă o mostră din cavitatea bucală şi trimiteţi-o la analizat. Puteţi afla de unde provin rudele voastre; puteţi să vă reconstruiţi copacul genealogic până la mii de ani în urmă. Putem înţelege cum funcţionează. Asta este foarte important. Putem înţelege de exemplu, de ce ni se stenozează arterele cum se crează polizaharidele din cereale de ce drojdia metabolizează zahăr şi produce dioxid de carbon. Putem deasemenea să analizăm, la o scară mai mare, ce crează probleme, ce crează boli, şi cum am putea să le tratăm. Deoarece putem să înţelegem asta, putem să le reparăm, să dezvoltăm organisme mai bune.

Şi cel mai important este că descoperim că Natura ne-a furnizat un set extraordinar de unelte. Setul de unelte există. Un arhitect mult mai bun şi mai deştept decât noi ne-a dat acest set de unelte, şi acum suntem capabili să-l utilizăm. Acum nu numai că citim genomuri; le şi scriem.

Compania Synthetic Genomics, cu care colaborez, a creat primul genom, complet sintetic, a unei mici bacterii, o creatură primitivă numită "Mycoplasma genitalium". Dacă aveti o infecţie a tractului urinar, -- sau aţi avut-o -- probabil că aţi venit în contact cu această mică bacterie. Una foarte simplă -- are doar vreo 246 de gene -- dar am fost în stare să-i sintetizăm genomul în întregime. Aşadar, acum aveţi genomul şi vă întrebaţi: Şi dacă introduc acest genom sintetic -- dacă-l scot pe cel vechi şi-l introduc pe cel nou -- se va activa pur şi simplu şi va trăi? Păi, ce credeţi; chiar va trăi.

Nu numai că face asta; dar dacă luaţi genomul -- genomul sintetic -- şi îl introduceţi într-o altă formă de viaţă, ca de exemplu drojdia, veţi transforma acea drojdie într-o bacterie Mycoplasma. Este ca şi cum aţi porni un PC cu un sistem de operare Mac. De fapt, puteţi să faceţi asta şi invers. Aşadar înţelegeţi, fiind în stare să fabricăm genomul şi să-l introducem într-un organism, e ca şi cum software-ul, dacă vreţi, schimbă hardware-ul. Iar asta provoacă nenumărate consecinţe.

Anul trecut, francezii şi italienii au făcut publică colaborarea lor. Au iniţiat şi au secvenţiat genomul Pinot Noir-ului. Acum avem secvenţa genomică a întregului organism Pinot Noir, şi s-au identificat, din nou, cam 29 000 de gene. Ei au descoperit reacţii enzimatice care crează savori, deşi este foarte important să înţelegem faptul că acei compuşi care sunt produşi în mod normal trebuie să se potrivească cu un receptor în genomul nostru, în limba noastră, pentru ca noi să înţelegem şi să interpretăm acele savori.

Ei au descoperit că are loc şi o activitate pronunţată de a produce arome. Au identificat zonele vulnerabile la boli. Cercetarea continuă şi acum se înţelege cum funcţionează concret această plantă, iar noi avem capacitatea de a citi întregul cod şi de a înţelege cum funcţionează. După care ce vom face? Ştiind că îl putem citi, ştiind că îl putem scrie, modifica, şi poate chiar rescrie complet genomul. Ce vom face? Păi, un lucru care se poate face este ceea ce unii ar denumi Franken-Noir. (Râsete)

Putem produce un vin mai bun. Apropo, doar ca să ştiţi: vă obsedaţi în legătură cu organismele modificate genetic; nu există un singur vin în această vale sau oriunde în lume care să nu fie modificat genetic. Viţele nu ies din seminţe; ele sunt altoite în rădăcină; de altă formă nici nu ar exista în natură.

Ca urmare,nu vă îngrijoraţi, nu vă stresaţi în legătură cu lucrurile astea. Le facem din totdeauna. Cum spuneam, putem să ne concentrăm pe rezistenţa la boli; putem ţinti la un randament mai bun fără să fie nevoie de tehnici agrare spectaculare sau costuri exorbitante. E posibil să putem extinde toleranţa la regimul climatic: putem face Pinot Noir poate şi în Long Island, Doamne fereşte. (Râsete)

Putem produce buchete şi arome mai bune. Vreţi un pic mai multă zmeură pe aici, puţin mai multă ciocolată pe colo? Toate aceste lucruri probabil se pot face, şi fac pariu că se vor face. Dar aici vorbim de un ecosistem. Cu alte cuvinte, nu suntem organisme unice, inseparable suntem parte dintr-un mare ecosistem.

De fapt--şi îmi pare rău să vă aduc la cunoştinţă-- în tractul digestiv există aproximativ cinci kilograme de microbi pe care le circulaţi prin corp destul de des. Oceanele noastre fac echipă cu microbii; de fapt, când Craig Venter a secvenţat microbii existenţi în ocean, numărul speciilor cunoscute de pe planetă s-a triplat după primele trei luni de investigaţie datorită descoperirii unor noi specii de microbi aflaţi în zona primilor şase metri de apă. Acum înţelegem că aceşti microbi influenţează clima reglând nivelele bioxidului de carbon şi oxigenului, mai mult decât o fac plantele, despre care întotdeauna am crezut că oxigenează atmosfera.

Ai semne de viaţă microbiană în toate colţurile planetei: în gheaţă, în cărbune, în roci, în craterele vulcanice; este uimitor. Dar am descoperit deasemenea, când e vorba de plante, -- atât cât înţelegem şi începem să înţelegem genomul lor -- că ecosistemul din jurul lor şi microbii care trăiesc în jurul rădăcinilor lor sunt cei care influenţează caracterul acelor plante în aceeaşi mare măsură precum o face şi sistemul metabolic propriu al plantelor.

Dacă vă uitaţi cu atenţie la rădăcinile unei plante veţi descoperi că acolo trăiesc multe, foarte multe colonii diferite de microbi. Acest lucru nu este o mare noutate pentru viticultori; înţelegeţi că s-au ocupat de problemele legate de apă şi fertilizare. Dar, încă odată, asta este ceea ce eu numesc farmacologie silită, ştim că anumite îngrăşăminte fac planta mai sănătoasă, deci punem mai multe. Nu se ştie în mod necesar în detaliu care organisme generează anumite arome şi anumite caracteristici. Începem să fim în stare să înţelegem asta. Toţi vorbim despre "terroir" (termen referitor la totalitatea condiţiilor geografice,climatice, etc care pot influenţa calitatea unui vin) îl adorăm; spunem: "Uau! al meu este fantastic! Este atât de special! Am această bucată de pământ şi crează un "terroir" că nu-ţi vine să crezi.

Ei bine, de fapt ne ciondănim şi dezbatem pe marginea acestui lucru -- spunem că este clima, este solul, este asta ori cealaltă. Şi ce credeţi? Putem să descoperim ce naiba este acest "terroir". Este ascuns acolo, aşteptând să fie secvenţat. Sunt mii de microbi acolo. Sunt uşor de secvenţat: spre deosebire de oameni, ei au o mie, două mii de gene; putem descoperi ce sunt.

Tot ceea ce avem de făcut este să ne ducem şi să luăm o mostră de sol, să facem o gaură, să găsim microbi, să-i secvenţăm, să-i corelăm cu acele caracteristici care ne plac şi care nu ne plac -- -- asta este doar o uriaşă bază de date -- şi apoi să fertilizăm. Şi adupă aceea vom înţelege ce este "terroir"-ul. Ca urmare, unii oameni vor spune: "Doamne!, ne credem Dumnezeu?!" Dacă creăm organisme, ne jucăm de a Dumnezeu? Ştiţi, oamenii întotdeauna îl întrebau pe James Watson -- şi el nu este tipul care să dea genul de răspunsuri care să nu ofenseze pe nimeni... (Râsete) .. şi îl întrebau, "Ne jucăm de a Dumnezeu?" Iar el a dat la această întrebare cel mai bun răspuns pe care l-am auzit vreodată: "Păi, cineva trebuie să o facă." (Râsete)

Eu mă consider o persoană credincioasă dar nu cred în religia instituţionalizată şi vă spun asta: eu nu cred că este ceva nenatural. Eu nu cred că, compuşii chimici sunt nenaturali. V-am spus că pe unii din dvs. vă voi face să vomitaţi. Este foarte simplu: noi nu inventăm molecule, compuşi. Ei sunt aici. Există în univers. Noi reorganizăm lucrurile, le schimbăm, dar noi nu facem nimic nenatural.

Dar, putem crea efecte negative -- ne putem otrăvi; putem otrăvi Pământul -- dar asta este doar rezultatul natural al unei greşeli. Deci, ceea ce se întâmplă în ziua de azi este că Natura ne oferă o gamă de unelte, iar noi descoperim că acestă gamă de unelte este foarte vastă. În natură, puteţi să mă credeţi sau nu, există de fapt şi microbi care produc gazolină. Sunt microbi, ştiţi -- haideţi să ne întoarcem la drojdie. Sunt fabrici chimice; cele mai sofisticate fabrici chimice provin din Natură, şi acum putem să le folosim. Există deasemenea un set de reguli.

Natura nu ne va permite să -- putem manipula genetic viţa-de-vie, dar ghiciţi ce urmează mai departe. Nu putem să facem ca viţa-de-vie să producă bebeluşi. Natura a pus acolo un set de reguli. Putem lucra în cadrul regulilor; nu putem să încălcăm regulile; noi de-abia învăţăm care sunt regulile. Doar pun întrebarea, dacă aţi putea trata toate bolile -- dacă aţi putea face ca bolile să dispară, fiindcă înţelegem cum funcţionează ele de fapt, dacă am putea pune capăt foametei prin crearea unor plante nutritive, sănătoase care cresc în medii foarte ostile, dacă am putea crea energie curată şi din plin -- noi, chiar în laboratoarele de la Synthetic Genomics, avem organisme uni-celulare care iau dioxidul de carbon şi produc o moleculă foarte similară gazolinei. Deci, dioxidul de carbon -- substanţa de care vrem să scăpăm -- nu zahărul, nu altceva. Dioxid de carbon, puţină lumină solară, şi obţii o grăsime care este foarte rafinată. Putem rezolva problemele de energie; putem reduce dioxidul de carbon, putem curăţa oceanele; putem face vinuri mai bune. Dacă putem, oare o să o facem? Păi, ştiţi, eu cred că răspunsul este foarte simplu: Colaborarea cu Natura, colaborarea cu acestă gamă de unelte pe care acum le înţelegem este următorul pas în evoluţia omenirii.

Şi tot ceea ce vă pot spune este să vă menţineţi sănătoşi în următorii 20 de ani. Dacă puteţi să vă menţineţi sănătoşi în următorii 20 de ani, veţi apuca să trăiţi 150 de ani, poate 300.

Vă mulţumesc.