Craig Venter despre "viaţa sintetică"

Suntem aici astăzi ca să anunţăm prima celulă sintetică, o celulă creată începând cu codul digital în computer, construind cromozomul din patru sticle de substanţe chimice, asamblând acel cromozom în drojdie, transplantându-l într-o celula bacterială recipient şi transformând acea celulă într-o nouă specie de bacterie. Deci aceasta este prima specie care se autoreproduce de pe planeta noastră al cărei părinte este un computer. Este de asemenea prima specie care are propriul web site înscris în codul său genetic. Dar vom vorbi mai mult despre marcare într-un minut.

Acesta e un proiect care a fost iniţiat în urmă cu 15 ani când echipa noastră - - pe atunci ne numeam TIGR - - era implicată în secvenţierea primelor două genomuri din istorie. Am lucrat la Haemophilus influenzae şi apoi la cel mai mic genom al unui organism autoreproductiv, care este Mycoplasma genitalium. Şi imediat ce am avut aceste două secvenţe, ne-am gândit, că dacă acesta trebuie să fie cel mai mic genom al unei specii autoreproductive, ar putea oare să existe unul şi mai mic? Am putea să înţelegem bazele vieţii celulare la nivel genetic? A fost o cercetare de 15 ani doar ca să ajungem la punctul de plecare acum, ca să fim în stare sa răspundem acestor întrebări. Pentru că este foarte dificil să elimini genele multiple dintr-o celulă. Poţi să faci asta doar una câte una. Am decis destul de repede că trebuie să urmăm calea sintetică, chiar dacă nimeni nu făcuse asta înainte, ca să vedem dacă putem sintetiza un cromozom bacterial, astfel incât să putem varia conţinutul genelor ca să înţelegem genele esenţiale pentru viaţă. Asta a demarat cercetarea noastră de 15 ani care ne-a adus unde suntem azi.

Înainte de primele experimente, le-am cerut celor din echipa lui Art Caplan, pe atunci la Universitatea din Pennsylvania, să facă o evaluare a riscurilor, dificultăţilor al eticii creării de specii noi în laborator pentru că aşa ceva nu se făcuse înainte. Au trecut aproape doi ani până au făcut evaluarea în mod independent şi au publicat rezultatele in revista Science în 1999. Ham şi cu mine ne-am luat doi ani liber şi ne-am ocupat de un proiect de secvenţiere a genomului uman, dar imediat ce raportul a apărut, ne-am întors la primul obiectiv.

În 2002 am pus bazele unui nou institut, Institutul pentru Energii biologice Alternative, unde am avut două scopuri principale. Unu, să înţelegem impactul tehnologiilor noastre asupra mediului, şi cum să înţelegem mediul mai bine. Şi doi, să pornim acest proces de creare de viaţă sintetică pentru a înţelege bazele vieţii. În 2003, am publicat primul nostru succes. Astfel Ham Smith şi Clyde Hutchinson au creat noi metode de extragere de ADN fără erori la o scală mică. Prima noastră sarcină a fost codul de 5000 de litere al unei bacteriiofage, un virus care atacă doar E.coli. Astfel acesta era phage phi X 174, care a fost ales din motive istorice. A fost primul ADN ADN de virus, ADN genom care a fost de fapt secvenţiat. Imediat ce am înţeles că putem face bucăţi de mărimea unui virus din 5000 de perechi baze ne-am gândit că avem cel puţin mijloacele necesare să încercăm să facem loturi seriale de bucăţi de acest fel, şi în final să le putem asambla împreună ca să creăm acest cromozom uriaş. Asta fiind, în mod clar mult mai mult decât ne-am propus să facem iniţial.

Au fost câteva etape. Au existat două aspecte. A trebuit să găsim soluţia chimică pentru a crea molecule ADN mari, şi trebuia să rezolvăm şi partea biologică. sau mai clar, dacă avem această entitate chimică nouă, cum să o activăm, într-o celulă recipient. Am avut două echipe care au lucrat în paralel, una se ocupa de chimie, cealaltă încercând să fie în stare sa transplanteze cromozomi întregi ca să obţină celule noi. Când am început asta, ne gândeam că sinteza va fi problema cea mai dificilă, tocmai de aceea am ales cel mai mic genom.

Şi poate aţi observat că am trecut de la cel mai mic genom la unul mult mai mare. Şi pot să vă spun motivele pentru lucrul ăsta dar, in principal, celula mică ne-a luat cam 2-3 luni ca să obţinem rezultate, în timp ce celulele mari, care cresc mai repede, dau rezultate în doar doua zile. Există un număr limitat de cicluri pe care le putem iniţia într-un an, cu durata de 6 săptămâni pe ciclu. Şi ar trebui să ştiţi că, în mod normal, 99, probabil mai mult de 99 la sută din experimentele noastre au eşuat. Aşa că era un scenariu de eliminare de erori, de rezolvare a problemelor încă de la început pentru că nu exista nici o reţetă care să indice cum ajungi acolo.

Aşa că, una din cele mai importante publicaţii ale noastre a fost în 2007. Carole Lartigue a condus efortul transplantului efectiv de cromozom bacterial de la o bacterie la alta. Cred că filosofic, aceea a fost una din cele mai importante lucrări pe care am făcut-o vreodată pentru că arăta cât de dinamică era viaţa. Şi am ştiut, imediat ce a funcţionat că aveam de fapt o şansă dacă am putea folosi cromozomii sintetici să facem ceva asemănător cu ei. Nu bănuiam că avea să ne ia câţiva ani buni ca să ajungem acolo.

În 2008, am raportat sinteza completă a genomului Mycoplasmei genitalium cu un cod cu puţin peste 500.000 de litere. dar nu am reuşit să activăm acel cromozom. Cred că, în parte deoarece creşte încet, şi apoi, probabil pentru că, celulele au tot soiul de mecanisme de apărare care împiedică astfel de lucruri să se întâmple. S-a dovedit că celulele în care vroiam să facem transplantul aveau o enzimă - nuclează - care distruge suprafaţa ADN-ului. şi mânca cu mare plăcere ADN-ul sintetic pe care îl introduceam noi. şi nu obţineam niciodată transplantul. Dar la vremea aceea, aceasta era cea mai mare moleculă cu o structură definită care se crease.

Şi astfel ambele părţi progresau. dar o parte a sintezei trebuia sau se putea realiza folosind drojdia, punând fragmente în drojdie şi drojdia le asambla pentru noi. Este un pas înainte extraordinar, dar acum aveam o problemă din cauză că cromozomul bacterial creştea în drojdie. Aşa că în plus faţă de transplant, trebuia să mai aflăm cum să extragem un cromozom bacterial din drojdia eucariotă, într-o formă pe care apoi să o putem transplanta într-o celulă recipient.

Astfel că echipa noastră a creat noi tehnici pentru a creşte, clona întregul cromozom bacterial în drojdie. Astfel că am luat acelaşi genom mycoid pe care l-a transplantat iniţial Carole, şi l-am crescut in drojdia aceea ca pe un cromozom artificial. Şi ne-am gândit ca acesta ar putea o ocazie grozavă să învăţăm să extragem cromozomii din drojdie şi să îi transplantăm. Totuşi, când am făcut aceste experimente, am putut să extragem cromozomul din drojdie dar nu puteam sa îl transplantăm şi să activăm celula. Această problemă minoră i-a luat echipei doi ani ca să o rezolve.

S-a dovedit că, ADN-ul din bacterie era de fapt metilat, iar metilarea îl protejează de enzimele de restricţie, îl protejează să nu fie mâncat. Deci ce am aflat a fost, dacă scoteam cromozomul din drojdie şi îl metilam, îl puteam transplanta. Alte progrese au avut loc când echipa a îndepărtat genele enzimelor de restricţie din celula recipient mycoplasma capricolum. Şi, când am făcut asta, acum puteam să luăm ADN din drojdie şi să îl transplantăm.

Aşa că, toamna trecută, când am publicat rezultatele cercetării în "Science", am devenit toţi foarte încrezători şi eram convinşi că ne aflăm doar la câteva săptămâni distanţă de a fi în stare să activăm un cromozom din drojdie. Din cauza problemei cu Mycoplasma genitalium şi creşterea ei înceată, cu aproape un an şi jumătate în urmă, am decis să sintetizăm un cromozom mult mai mare, cromozomul mycoid ştiind că aveam rezolvată biologia necesară pentru transplantare. Şi Dan a condus echipa pentru sinteza acestui cromozom cu peste un milion de perechi de baze. Dar s-a dovedit că nu avea să fie aşa de uşor până la urmă. Am întârziat 3 luni pentru că am avut o eroare în secvenţa celor peste un milion de perechi de baze.

Astfel că echipa a creat un nou program de căutare de erori cu care puteam testa fiecare fragment sintetic ca să vedem dacă ar fi crescut pe fondul unui ADN de tip sălbatic. Şi am aflat că 10 din 11 din bucăţile alcătuite din câte 100.000 de perechi-baze sintetizate erau total corecte şi compatibile cu o secvenţă viabilă pentru viaţă. Ne-am concentrat pe un singur fragment L-am secvenţiat şi am găsit că doar o pereche-bază a fost ştearsă dintr-o genă esenţială. Deci corectitudinea este esenţială. Există părţi ale genomului care nu tolerează nici măcar o eroare, şi există părţi mari ale genomului în care putem să punem porţiuni mari de ADN aşa cum am făcut cu semnele de marcare, şi poate tolera tot felul de erori. Aşa că ne-a luat cam trei luni ca să găsim eroarea şi s-o reparăm. Şi într-o zi la 6 dimineaţa am primit un text de la Dan spunând că, acum, prima colonie albastră există.

Astfel că am făcut un drum lung până aici - - 15 ani de când am început. Am simţit că, unul din principiile domeniului acesta era să ne asigurăm că putem deosebi ADN-ul sintetic de cel natural. Când eşti în perioada de pionierat a unui nou domeniu trebuie să te gândeşti la toate capcanele şi lucrurile care te pot face să crezi că ai făcut ceva ce nu ai făcut de fapt, sau, şi mai rău, să-i faci pe alţii să creadă asta. Aşa că ne-am gândit că cea mai gravă problemă ar fi o contaminare cu o singură moleculă a cromozomului iniţial, care să ne facă să credem că de fapt am creat o celulă sintetică, când de fapt n-ar fi fost decât o contaminare.

Aşa că destul de devreme am creat noţiunea de a pune semne (marca) în ADN ca să facem foarte clar faptul că ADN-ul era sintetic. Şi primului cromozom pe care l-am construit, în 2008, acela din 500.000 de perechi-baze pur şi simplu l-am marcat cu numele autorilor cromozomului în codul său genetic. Dar am făcut asta doar folosind translatări de o singură literă cu amino acizi, şi asta elimină câteva litere din alfabet. Aşa că de fapt am creat un cod nou în interiorul codului din cod. Şi este un nou cod pentru a interpreta şi scrie mesaje în ADN. Acum, matematicienii au ascuns şi au scris mesaje în codul genetic de multă vreme, dar e clar că ei erau matematicieni, nu biologi pentru că dacă scrii mesaje lungi cu codul dezvoltat de matematicieni, e foarte probabil să obţii noi proteine cu funcţii necunoscute.

Astfel încât codul creat de Mike Montague și echipa sa inserează destul de frecvent codoni de oprire. Este un alfabet diferit dar ne permite să folosim întregul alfabet englezesc cu punctuaţie şi numere. Deci, avem patru semnalizări (markere) principale pentru peste o mie de perechi-baze de cod genetic. Primul conţine de fapt acest cod pentru interpretarea restului de cod genetic. Astfel că în informaţia care rămâne, în markere conţine numele, cred că, a 46 de autori diferiţi şi contributori principali care au adus proiectul în acest stadiu. De asemenea am integrat o adresă de web astfel încât dacă cineva decodează codul din interiorul codului poate trimite un email la acea adresă. Aşa că se poate deosebi în mod evident de alte specii. având 46 de nume în el. şi propria adresă de web. Şi am adăugat trei citate pentru că, cu primul genom, am fost criticaţi că nu încercăm să spunem ceva mai profund în loc să ne semnăm lucrarea doar.

Nu vă spunem codul, dar vă spunem citatele. Primul este, "Să trăieşti, să greşeşti, să cazi, să fii victorios, şi să re-creezi viaţă din viaţă" E un citat din James Joyce. Al doilea citat este,"Să vezi lucrurile, nu aşa cum sunt, ci cum ar putea să fie." Este un citat din cartea "American Prometheus" despre Robert Oppenheimer. Şi ultimul este un citat din Richard Feynman. "Ce nu pot construi, nu pot înţelege" Deci, pentru că aceasta este la fel de mult un progres în filosofie pe cât este un progres ştiinţific, am încercat să lucrăm cu ambele aspecte atât cel filosofic cât şi tehnic.

Ultimul lucru pe care vreau să vi-l spun înainte de întrebări este că munca uriaşă pe care am făcut-o cerând o evaluare etică, examinând lucrurile şi din acea perspectivă ca şi cea tehnică, aceasta a fost discutată pe larg în comunitatea ştiinţifică. în comunitatea politică şi la cele mai înalte niveluri de guvern federal. Chiar şi cu acest anunţ, la fel cum am făcut şi în 2003 - acea muncă a fost finanţată de Departamentul pentru Energie - - deci munca a fost evaluată la nivelul Casei Albe, încercând să decidă dacă cercetarea se clasifică sau se publică. Şi au căzut de acord asupra publicaţiei de tip open - deschis - ceea ce este abordarea corectă. Am informat Casa Albă. Am informat membri ai Congresului. Am încercat sa abordăm problemele de politică în paralel cu cele ce ţin de progresul ştiinţific.

Şi cu asta, aş dori, să începem cu întrebările. Da, acolo în spate.

Reporter: Puteţi explica în termeni simpli cât de importantă este această descoperire, vă rog?

Craig Venter: Putem explica cât de importantă este? Nu ştiu sigur dacă noi suntem cei care să explice cât de importantă este. Este importantă pentru noi. Probabil că este o schimbare filosofică imensă în felul în care vedem viaţa. Acum noi vedem cercetarea noastră ca pe un pas mic, care ne-a luat 15 ani până acum, ca să putem să facem experimentul pe care l-am dorit în urmă cu 15 ani ca să înţelegem viaţa la nivelul de bază. Dar credem că de fapt aceasta va constitui un set important de instrumente. Şi începem deja să folosim aceste instrumente în diferite direcţii

Avem la institut, finanţare continuă acum, de la NIH într-un program cu Novartis să încercăm să folosim aceste instrumente noi de ADN sintetic pentru a obţine probabil un vaccin împotriva gripei pe care îl puteţi avea anul următor. Pentru că, în loc să ne ia săptămâni ca să îl obţinem, echipa lui Dan le poate obţine în mai puţin de 24 de ore. Astfel că atunci când vezi cât timp a fost necesar pentru un vaccin H1N1 ne gândim că putem scurta procesul acesta chiar substanţial. În domeniul vaccinurilor, Synthetic Genomics şi institutul formează o nouă companie pentru vaccin deoarece credem că aceste instrumente pot influenţa vaccinurile pentru boli pentru care nu s-a putut interveni până acum, boli unde virusurile evoluează rapid, aşa cum sunt rhinovirusurile. Nu ar fi frumos să avem ceva care chiar poate împiedica răcelile obişnuite? Sau, mai important, HIV-ul, unde virusul evoluează atât de rapid, încât vaccinurile care se fac azi nu pot ţine pasul cu aceste schimbări evoluţionare.

De asemenea, la Synthetic Genomics, lucrăm la probleme majore ce ţin de mediu. Cred că ultima deversare de ţiţei din Golf nu este de uitat. Nu putem vedea dioxidul de carbon, suntem dependenţi de măsurătorile ştiinţifice pentru asta, şi începem să vedem rezultatele faptului că avem prea mult. Dar putem să vedem cum precursorul dioxidului pluteşte deasupra apelor şi contaminează plajele din Golf. Avem nevoie de alternative pentru petrol. Avem un program cu Exxon Mobile prin care încercăm să dezvoltam noi specii de alge care pot capta eficient dioxidul de carbon din atmosferă şi surse concentrate, şi să creeze noi hidrocarburi care să treacă în rafinării ca să facă benzină obişnuită şi benzină diesel din dioxid de carbon.

Acestea sunt doar câteva din abordările şi direcţiile pe care le urmăm.

(Aplauze)