Craig Venter despre ADN şi mare.

La pauză am fost întrebat de câţiva oameni despre comentariile mele legate de dezbaterea îmbătrânirii. Şi acesta va fi singurul meu comentariu despre ea. Acela că, eu înţeleg că optimiştii trăiesc mai mult decât pesimiştii. (Râsete)

Am să vă vorbesc în cele 18 minute ale mele despre cum urmează să trecem de la citirea codului genetic la primele stadii de a începe să scriem noi codul. Doar acum 10 ani luna aceasta am publicat prima secvenţă a unui organism liber viu, acela al haemophilus influenzae. Aceasta a redus un proiect genomial de la 13 ani la patru luni. Acum putem face acelaşi proiect genomial la un ordin de două până la patru ore. Deci în ultimul deceniu, un număr mare de genomi au fost adăugaţi: majoritatea patogenilor umani, câteva plante, câteva insecte şi câteva mamifere, inclusiv genomul uman. Genomica la nivelul de gândire de mai puţin de acum 10 ani se credea că la sfârşitul anului, s-ar putea să avem între trei şi cinci genomi secvenţate; dar avem de ordinul a cîtorva sute. De curând am primit o aprobare de la Fundaţia Gordon and Betty Moore să secvenţăm 130 de genomi anul acesta, ca un proiect secundar de la organismele din mediu. Deci rata de citire a codului genetic s-a schimbat.

Dar cum ne uităm, la ce este acolo, de-abia am zgâriat suprafaţa la ce este disponibil pe această planetă. Mulţi oameni nu işi dau seama, pentru că sunt invizibili, dar microbii constituie cam jumătate din biomasa Pământului, în timp ce toate animalele constituie cam o miime din toată biomasa. Şi poate e ceva ce mulţi oameni în Oxford nu fac prea des, dar dacă mergi vreodată la mare, şi înghiţi o gură de apă de mare, reţineţi că fiecare mililitru are în jur de 1 milion de bacterii şi cam 10 milioane de viruşi.

Mai puţin de 5000 de specii microbiale au fost caracterizate de acum doi ani, şi ne-am hotărât să facem ceva în privinţa aceasta. Şi am început Expediţia Sorcerer II, în care, la fel cu toate marile expediţii oceanografice, încercam să luam monstre din ocean odată la 200 de mile. Am început în Bermuda pentru proiectul nostru de test. Apoi ne-am mutat în sus la Halifax, lucrând în jos dealungul coastei de est a S.U.A., Marea Caraibelor, Canalul Panama, prin Galapagos, apoi de-alungul Pacificului, şi suntem in cursul de a lucra de-alungul Oceanului Indian. E o datorie foarte grea, facem asta pe un vas cu pânze, pe de-o parte pentru a stimula tinerii să intre în ştiinţe. Experimentele sunt incredibil de simple. Doar luăm apă de mare şi o filtrăm, şi colectăm organisme de diferite mărimi în diferite filtre. Apoi le ducem ADN-ul înapoi la laboratorul nostru din Rockville, unde putem secvenţa o sută de milioane de litere de cod genetic la fiecare 24 de ore. Şi făcând asta, am făcut câteva descoperiri uimitoare.

De exemplu, se credea ca pigmenţii vizuali din ochii nostri -- că doar una sau două organisme din mediul înconjurător aveau aceşti pigmenţi. Reiese că, aproape fiecare specie din zonele superioare ale oceanului în zone calde a lumii au aceeaşi foto-receptori, şi folosesc lumina soarelui ca sursa energiei lor şi pentru comunicare. De la un site, dintr-un baril de apă de mare, am descoperit 1.3 milioane de gene noi şi până la 50,000 de specii noi.

Ne-am extins cu asta în aer acum cu o finanțare de la Fundaţia Sloan. Măsurăm câţi viruşi şi bacterii fiecare dintre noi inspira şi expiră zilnic, în special în avioane şi auditorii închise. (Râsete) Filtrăm prin nişte aparate simple, şi colectăm în jur de un miliard de microbi din doar o zi de filtrări de pe o clădire din oraşul New York. Şi suntem în procesul de a secvenţa toate acestea în acest moment.

Doar pe partea de colectări de date, chiar unde suntem prin Galapagos, descoperim că aproape la fiecare 200 de mile vedem o diversitate imensă în monstrele din ocean. Unele din acestea au logică, datorită diferitelor gradiente de temperatură. Deci aceasta este o fotografie din satelit bazată pe temperaturi -- roşu fiind cald, albastru fiind rece -- şi am descoperit că există o diferentă uriaşă între monstrele de apă caldă şi monstrele de apă rece, în ceea ce priveşte abundenţa speciilor. Celălalt lucru ce ne-a surprins puţin în aceste fotografii ce detectează diferite frecvenţe ale luminii, şi putem prezice asta în funcţie de secvenţa aminoacizilor. Şi acestea variază foarte mult de la regiune la regiune. Mai puţin surpinzător, în adâncul oceanului, unde e predominant albastru, fotoreceptorii tind să vadă lumină albastră. Când e multă clorofilă în jur, văd multă lumină verde. Dar variază şi mai mult, posibil înspre infraroşu şi ultraviolet la extreme.

Doar să încercăm să estimăm care era repertoriul nostru genetic, am ansamblat toată datele -- incluzând cele de până acum din expediţie care reprezintă mai mult de jumătate din toate datele genetice de pe planetă -- şi care totalizează în jur de 29 de milioane de gene. Şi am încercat să le punem în familii genetice să vedem ce erau aceste descoperiri: Descoperim noi membrii ai unor familii cunoscute, sau descoperim familii noi? Se dovedește că avem în jur de 50,000 de familii genetice majore, dar fiecare monstra nouă care o luăm din mediu crește liniar aceste familii noi. Deci suntem la cele mai recente stadii ale descoperirilor legate de genele de bază, componente şi viaţa de pe această planetă.

Când ne uităm la aşa numitul copac al evoluţiei suntem sus în colţul din dreapta cu animalele. Din acele 29 de milioane de gene, avem doar în jur de 24,000 în genomul nostru. Şi dacă luăm toate animalele la un loc avem în comun mai puţin de 30,000 şi probabil o duzină sau mai multe mii de familii genetice diferite. Eu văd că aceste gene sunt acum nu doar părţile componente ale evoluţiei. Şi ne gândim într-un mod geno-centric -- poate reîntorcându-ne la ideile lui Richard Dawkins -- că într-o perspectivă genom-centrică care sunt diferitele părţi constructive ale acestor gene componente.

ADN-ul sintetic, capacitatea de a sintetiza ADN, s-a schimbat cam în acelaşi ritm în care secvenţarea ADN a făcut-o în ultimele două decenii, şi devine foarte rapid şi foarte ieftin. Prima dată ne-am gândit la genomica sintetică când am secvenţat al doilea genom în 1995, acela de la mycoplasma genitalium. Şi avem tricouri foarte drăguţe pe care scrie, ştii, "Eu îmi iubesc genitaliumul." Acesta e de fapt doar un microorganism. Dar are cam 500 de gene. Haemophilus avea 1,800 de gene. Şi atunci ne-am pus simpla întrebare, dacă o specie are nevoie de 800, alta de 500, este un număr mai mic de gene care ar putea constitui un sistem de operare minim?

Şi am început să facem mutageneză transpusă. Transpunerile sunt doar părţi mici de ADN ce se înserează aleatoriu în codul genetic. Şi dacă se înserează în mijlocul genei, îi împiedică funcţionarea. Aşa că am făcut o hartă cu toate genele ce puteau suporta înserări de transpuneri şi le-am denumit "gene non-esenţiale" Dar reiese că mediul e foarte critic pentru asta. şi poţi doar defini o genă esenţială sau non-esenţială bazându-te pe exact ce e în mediu. Deasemenea am încercat să adoptăm o abordare mai directă cu genomurile a 13 organisme înrudite, şi am încercat să le comparăm, să vedem ce au în comun. şi am obţinut aceste cercuri care se suprapun. Am găsit doar 173 de gene comune tuturor celor 13 organisme. Fondul comun se măreşte puţin dacă ignorăm un parazit intracelular, se măreşte şi mai mult când ne uităm la seturi de bază a genelor de cam 310 sau aşa ceva. Deci credem că putem să expandăm sau să contractăm genomi, depinzând de punctul de vedere aici, la poate 300 sau 400 de gene de la minimul de 500.

Singurul mod de a dovedi aceste idei era să construim un cromozom artificial cu aceste gene în el, şi trebuia să facem acest lucru într-un mod bazat pe casete. Am descoperit că pentru a sintetizeza ADN corect în bucăți mari era extrem de dificil. Ham Smith şi Clyde Hutchinson, colegii mei pentru asta, au dezvoltat o metodă interesantă ce ne-a permis să sintetizăm un virus cu 5000 de perechi de bază în doar două săptămâni şi care a fost 100% corect, în termeni de secvenţă şi biologie. A fost un experiment foarte interesant -- când am luat bucata sintetică de ADN, am injectat-o în bacterie şi brusc, acel ADN a început să conducă producţia de particule ale virusului ce s-au intors şi apoi au omorât bacteria. Acesta nu a fost primul virus sintetic -- un virus al poliomielitei a fost făcut cu un an înainte -- dar era de zece mii de ori mai puțin activ şi ne-a luat trei ani să-l facem. Aceasta este un desen al structurii Phi X-174. Acesta este un caz în care software-ul acum îşi construieşte propriul hardware, şi acestea sunt noţiunile pe care le avem cu biologia.

Oamenii sar imediat la griji despre război biologic, şi am avut recent o declaraţie înaintea comitetului Senatului, şi un comitet special al guvernului SUA s-a înfiinţat să revizuiască acest domeniu. Şi cred că e important să rămânem realişti, versus ce se întâmplă cu imaginaţia oamenilor. De fapt, fiecare virus ce a fost secvenţat azi -- acel genom poate fi făcut. Şi oamenii imediat se sperie de lucruri legate de Ebola şi variolă, dar ADN de la acest organism nu este infecţios. Deci chiar daca cineva ar face genomul variolei, ADN-ul în sine nu ar crea infecţii. Îngrijorarea reală pe care o au departamentele de securitate sunt virusurile proiectate. Şi sunt doar două ţări, S.U.A. şi fosta Uniune Sovietică, ce au avut eforturi majore în încercarea de a crea agenţi biologici de război. Dacă acea cercetare e cu adevărat oprită, ar trebui să fie foarte puţină activitate în domeniul proiectării virusurilor în viitor.

Eu cred ca organisme unicelulare sunt posibile în doi ani. Şi posibil celule eucariote, acelea pe care noi le avem, sunt posibile într-un deceniu. Aşa că acum facem câteva zeci de construcții diferite pentru că putem varia casetele şi genele ce alcătuiesc acest cromozom artificial. Cheia este, cum pui toate celelalte? Începem cu aceste fragmente, şi apoi avem un sistem de recombinaţie omolog ce le reasamblează într-un cromozom.

Aceasta este derivată de la un organism, deinococcus radiodurans, ce poate suporta trei milioane de razi de radiaţie fără să moară. Îşi reasamblează genomul după această explozie de radiaţii în cam 12 până la 24 de ore, după ce cromozomii ei au fost sparţi la propriu. Acest organism este omniprezent pe planetă, şi probabil că acum există în spaţiul cosmic datorită călătoriilor noastre acolo. Acesta este un pahar de sticlă după cam jumătate de milioni de razi de radiaţie. Paharul a început să ardă şi să crape, în timp ce microbii ce stăteau la fund au devenit din ce în ce mai fericiţi. Aici este o imagine a ce se întâmplă de fapt: în partea de sus se vede genomul după 1,7 milioane de razi de radiaţie. Cromozomul este spart la propriu. Şi aici este acelaşi ADN reasamblat automat 24 de ore mai târziu. E cu adevărat uluitor că aceste organisme pot face asta, şi probabil că avem mii, dacă nu zeci de mii de specii diferite pe planeta aceasta capabile să facă asta. După ce aceste genomuri sunt sintetizate, primul pas este doar sa le transplantăm într-o celulă fără genom.

Deci credem că celulele sintetice vor avea un potenţial uluitor, nu doar pentru a înţelege bazele biologiei dar sperăm că și pentru probleme de mediu şi societate. De exemplu, de la al treilea organism pe care l-am secvenţat, Methanococcus jannaschii: trăieşte la temperatura fierbere a apei, sursa ei de energie este hidrogenul şi tot carbonul ei vine din CO2 pe care îl capturează inapoi din mediu. Deci știm multe căi diferite, mii de organisme diferite acum care trăiesc cu CO2, şi pot sa îl recaptureze. Deci în loc să folosim carbon din petrol pentru procese sintetice, avem şansa de a folosi carbonul şi să îl recaptăm din atmosferă, transformându-l în biopolimeri şi alte produse. Avem un organism care trăieşte cu monoxid de carbon, şi îl folosim ca putere de reducere să despărţim apa să producem hidrogen şi oxigen. Deasemenea, sunt multe căi ce pot fi construite metabolizând metanul. Şi DuPont are un program major cu Statoil în Norvegia pentru a captura şi converti metanul de pe câmpurile de gaz de acolo în produse utile.

În scurt timp, cred că va fi un nou câmp numil Genomică Combinatorială, pentru că cu aceste capacităţi noi de sintetizare, aceste repertorii vaste de matrici de gene şi combinaţia omoloagă, credem că putem proiecta un robot să facă poate un milion de cromozomi diferiţi pe zi. Şi deci, ca şi cu restul biologiei, obţii selecţia prin verificări, fie că verifici pentru producţia de hidrogen, sau producţie chimică, sau doar viabilitate. Pentru a înţelege rolul acelor gene va fi foarte la îndemână.

Încercăm să modificăm folosinteza pentru a produce hidrogen direct din lumina soarelui. Fotosinteza este modulată de oxigen, şi avem o hidrogenază insensibilă la oxigen care credem că va schimba total acest proces. Deasemenea combinăm celulaze, enzimele care descompun zaharurile complexe în zaharuri simple şi fermentarea în aceeaşi celulă pentru producerea etanolului. Producere farmaceutică a început deja în laboratoare majore folosind microbi. Chimicalele de la compuşii din mediu sunt la câteva ordine de magnitudine mai complexe decât pot produce cei mai buni chimişti ai nostri. Eu cred că viitoarele specii construite ar putea fi sursa hranei, sperăm o sursă de energie, remedierea mediului şi poate să înlocuiască industria petrochimică.

Permiteţi-mi să închei cu studii etice şi politice. Am amânat începutul experimentelor noastre în 1999 până am terminat o revizie bioetică de un an şi jumătate, dacă ar trebui să încercăm şi să facem o specie artificială. Fiecare religie majoră a participat la asta. A fost un studiu foarte ciudat, pentru că diferiţii lideri religioşi îşi foloseau scripturile ca şi cărţi ale legii, şi nu au putut găsi nimic în ele ce ar putea înterzice crearea vieţii, deci trebuie să fie OK. Singurele griji finale au fost aspectele războiului biologic, dar ne-au dat voie să începem aceste experimente pentru motivele pentru care le făceam.

Chiar acum Fundaţia Sloan a finanţat un studiu multi-instituţional despre asta, pentru a-şi da seama care erau riscurile şi beneficiile societăţii, şi regulile pe care echipele ştiinţifice ca şi a mea ar trebui să le folosească în acest domeniu, şi încercăm să stabilim exemple bune pe măsură ce înaintăm. Acestea sunt probleme complexe. În afară de ameninţările bio-terorismului, sunt probleme foarte simple în termeni de, putem proiecta lucruri ce produc energie curată, poate revoluţionând ce pot face ţările în curs de dezvoltare şi ce pot asigura prin diferite procese simple. Mulţumesc foarte mult.