Craig Venter tiết lộ về :"sự sống nhân tạo"

Chúng tôi ở đây hôm nay để thông báo tế bào được tổng hợp đầu tiên, tế bào được tạo ra bằng việc bắt đầu với đoạn mã số hóa ở trong máy tính, với việc xây dựng nên nhiễm sắc thể từ bốn lọ hóa chất, lắp ráp nhiễm sắc thể này trong nấm men, cấy nó vào trong một tế bào nhận là vi khuẩn và chuyển dạng tế bào này trở thành một loài vi khuẩn mới. Do đó, đây là loài có khả năng tự nhân đôi đầu tiên mà chúng ra có trên hành tinh của chúng ta mà bố mẹ của nó là 1 chiếc máy tính Nó cũng là loài đầu tiên có trang web của riêng mình mã hóa trong mã di truyền của nó. Nhưng chúng tôi sẽ nói thêm về các dấu ấn ( marker đánh dấu) của nó sau một lát nữa.

Đây là một dự án khởi đầu từ 15 năm trước khi đội của chúng tôi -- sau này chúng tôi gọi là học viện TIGR -- tham gia vào giải mã trình tự 2 bộ gen đầu tiên trong lịch sử. Chúng tôi thực hiện với Haemophilus influenzae và sau đó với bộ gen nhỏ nhất của một loài có khả năng tự nhân đôi, đó là Mycoplasma genitalium. Và ngay khi chúng tôi có được trình tự của 2 bộ gen này, Chúng tôi nghĩ, nếu như đây được xem là bộ gen nhỏ nhất của những loài sinh vật có khả năng nhân đôi, thì có thể nào có một bộ gen nhỏ hơn thế không ? Liệu chúng tôi có thể hiểu được bản chất của đời sống tế bào ở mức độ di truyền không ? Đó là cuộc truy lùng kéo dài 15 năm chỉ để đến được điểm xuất phát hôm nay, để có thể trả lời được những câu hỏi này. Vì khó để tách nhiều gen từ một tế bào. Bạn chỉ có thể tách 1 gen tại 1 thời điểm. Chúng tôi sớm quyết định rằng chúng tôi phải thực hiện bằng con đường tổng hợp, mặc dù chưa ai làm điều này trước đây, để cho thấy được rằng liệu chúng tôi có thể tổng hợp 1 nhiễm sắc thể của vi khuẩn được không, để chúng tôi có thể thực sự thay đổi thành phần của gene để hiểu về những gen cần thiết cho sự sống. Điều đó đã khởi động cuộc truy lùng 15 năm của chúng tôi để đến được đây.

Trước khi chúng tôi thực hiện những thí nghiệm đầu tiên, chúng tôi đã thực sự đặt câu hỏi cho đội của Art Caplan, rồi ở trường đại học Pennsylvania, thực hiện một cuộc khảo sát về những sự rủi ro, những thách thức, những vấn đề đạo đức xung quanh việc tạo ra một loài mới trong phòng thí nghiệm vì điều này chưa từng được thực hiện trước đây Họ mất khoảng 2 năm xem xét lại những vấn đề đó một cách độc lập và cho công bố những kết quả của họ trong tạp chí Science vào năm 1999. Ham và tôi mất 2 năm vào một dự án khác để giải mã bộ gen người, nhưng ngay khi dự án đó được hoàn thành, chúng tôi quay trở lại công việc ngay.

Vào năm 2002, chúng tôi thành lập một học viện mới, học viện Năng lượng sinh học thay thế, ở đó chúng tôi đặt ra 2 mục tiêu. Thứ nhất, hiểu được sự ảnh hưởng của công nghệ của chúng tôi đến môi trường, và làm thế nào để hiểu về môi trường tốt hơn. Và thứ 2, là bắt đầu quá trình tạo ra sự sống nhân tạo để hiểu được căn bản của sự sống. Vào năm 2003, chúng tôi cho công bố thành công đầu tiên của mình Ham Smith và Clyde Hutchison phát triển thêm những phương pháp mới để tạo ra những DNA không có lỗi ở mức độ nhỏ. Nhiệm vụ đầu tiên của chúng tôi là một phage của vi khuẩn có đoạn mã dài 5000 ký tự, một loại virus chỉ tấn công E.Coli. Do đó phage phi X 174, được chọn vì những lý do mang tính chất lịch sử này. Nó là phage DNA đầu tiên, DNA của virus, DNA của bô gen đầu tiên được thực sự giải mã trình tự . Do đó, một khi chúng tôi nhận ra rằng chúng tôi có thể tạo ra một mảnh DNA gồm 5000 cặp bazơ có kích thước của virus, chúng tôi đã nghĩ, chúng tôi ít nhất có đã có cách để rồi cố gắng và tạo ra chuỗi nhiều mảnh như thế, có khả năng lắp ráp được với nhau để tạo thành nhiễm sắc thể với số lượng lớn bazơ như thế này. , thực sự lớn hơn so với cái chúng tôi nghĩ có thể đạt đến lúc ban đầu.

Có một vài bước để thực hiện nó. Có 2 khía cạnh Chúng tôi phải giải quyết được vấn đề hóa chất để tạo ra được nhưng phân tử DNA lớn, và chúng tôi cũng phải giải quyết vấn đề sinh học về việc làm thế nào, nếu chúng tôi có hóa chất mới, chúng tôi sẽ xử lý nó, hoạt hóa nó như thế nào ở trong tế bào nhận. Do đó chúng tôi có 2 đội làm việc song song, một đôi làm việc với hóa chất, và đội khác cố gắng để có thể cấy được những nhiễm sắc thể hoàn chỉnh để có được những tế bào mới. Khi chúng tôi bắt đầu thực hiện, chúng tôi nghĩ giai đoạn tổng hợp là vấn đề lớn nhất, điều đó giải thích vì sao chúng tôi chọn bộ gen có kích thước nhỏ nhất.

Và một vài người trong các bạn đã từng nhận ra rằng chúng tôi đã chuyển từ bộ gen nhỏ nhất sang một bộ gen lớn hơn nhiều. Chúng tôi có thể giải thích một cách cặn kẽ lý do, nhưng một cách căn bản, tế bào nhỏ mất khoảng 1 đến 2 tháng để có được kết quả, trong khi đối vói tế bào lớn, phát triển nhanh hơn chỉ mất 2 ngày. Do đó có rất nhiều chu trình chúng tôi phải thực hiện trong vòng môt năm, khoảng 6 tuần cho 1 chu trình. Và các bạn nên biết rằng, về căn bản, 99, có lẽ là hơn 99 phần trăm các thí nghiệm của chúng tôi thất bại. Đây là một kịch bản bao gồm việc sửa sai, giải quyết vấn đề từ lúc bắt đầu công việc vì chưa có 1 công thức nào có sẵn giúp chúng tôi đạt được mục tiêu.

Thế là, một trong những công bố quan trong nhất chúng tôi có là vào năm 2007 Carole Lartigue dẫn đầu nỗ lực để thực sự cấy được một nhiễm sắc thể của vi khuẩn từ 1 loại vi khuẩn sang 1 loại khác. Tôi nghĩ, theo phương diện triết học, đó là một trong những nghiên cứu quan trọng nhất mà chúng tôi đã từng làm vì nó cho thấy được sự sống sống động như thế nào. Và chúng tôi đã biết, một khi việc đó có thể thực hiện được, khi đó chúng tôi thực sự có cơ hội, nếu chúng tôi có thể tạo ra những nhiễm sắc thể tổng hợp để làm những điều tương tự như trên. Chúng tôi đã không biết nó sẽ mất vài năm hoặc hơn để đạt được.

Năm 2008, chúng tôi báo cáo về sự tổng hợp được hoàn chỉnh bộ gen của Mycoplasma genitalium, với đoạn mã di truyền lớn hơn 500,000 ký tự 1 ít, nhưng lúc đó chúng tôi chưa thành công trong việc xử lý nhiễm sắc thể này. Tôi nghĩ, một phần, là do sự phát triển chậm của nó, và phần nữa , do những tế bào có tất cả các cơ chế phòng vệ để ngăn những hiện tượng này xảy ra. Hóa ra là tế bào mà chúng tôi đang cố gắng để cấy NST vào có 1 nuclease, một enzyme gặm nhấm bề mặt của DNA và cảm thấy hạnh phúc khi nuốt chửng đoạn DNA tổng hợp mà chúng tôi đưa cho nó và do đó sẽ không bao giờ có được sự cấy ghép thành công. Nhưng tại thời điểm đó, đó là phân tử lớn nhất của 1 cấu trúc xác định được tạo ra.

Và cả 2 mặt của quá trình vẫn được tiếp tục, nhưng một phần của sự tổng hợp phải được hoàn thành hoặc có khả năng được hoàn thành, bằng cách sử dụng nấm men, đưa những mảnh nhỏ vào trong nấm men, và nấm men sẽ lắp ráp chúng lại cho ta. Đó là một bước tiến đầy kinh ngạc về phía trước Nhưng chúng tôi lại gặp phải vấn đề vì bây giờ nhiễm sắc thể của vi khuẩn đang phát triển trong nấm men. Do đó, bên cạnh thực hiện việc nuôi cấy, chúng tôi phải tìm cách làm thế nào để chuyển nhiễm sắc thể của vi khuẩn ra khỏi sinh vật có nhân thật như nấm men, thành dạng mà chúng ta có thể cấy nó vào trong tế bào nhận.

Do đó, đội chúng tôi phát triển những kỹ thuật mới để có thể nuôi sống, phân dòng của toàn bộ nhiễm sắc thể của vi khuẩn ở trong nấm. Chúng tôi đã dùng cùng 1 bộ gen của nấm mà Carole đã bắt đầu cấy trước đây, và chúng tôi cho nó phát triển ở trong tế bào nấ như là một nhiễm sắc thể nhân tạo. Và chúng tôi đã nghĩ nó sẽ là một thử nghiệm tuyệt vời để tìm ra cách tách nhiễm sắc thể ra khỏi nấm và cấy chúng. Khi chúng tôi thực hiện những thí nghiệm này, mặc dù chúng tôi có thể tách được nhiễm sắc thể ra khỏi nấm nhưng nó lại không thể dùng để cấy và xử lý tế bào được. Vấn đề nhỏ đó làm đội chúng tôi mất 2 năm để tìm ra cách giải quyết.

Chúng tôi phát hiện ra là, chuỗi DNA trong tế bào vi khuẩn thực sự đã bị methyl hóa, và sự methyl hóa bảo vệ nó khỏi enzyme hạn chế, để enzyme này không phân hủy chuỗi DNA. Do đó, điều chúng tôi tìm ra là, nếu chúng tôi tách nhiễm sắc thể ra khỏi nấm và methyl hóa nó, chúng tôi có thể cấy nó. Chúng tôi tiến những bước xa hơn nữa khi đội của chúng tôi loại bỏ gen của enzyme hạn chế khỏi tế bào nhận thuộc loài M.capricolum. Và khi chúng tôi hoàn tất việc đó, giờ đây, chúng tôi có thể tách DNA trần ra khỏi nấm và cấy nó.

Mùa thu vừa qua, khi chúng tôi cho công bố kết quả công trình của mình trong tạp chí " Science" tất cả chúng tôi đã trở nên quá tin tưởng và chắc chắn rằng chúng tôi chỉ cách xa vài tuần với thời điểm có khả năng khởi động một nhiễm sắc thể ở ngoài tế bào nấm. Bởi vì những vấn đề với Mycoplasma genitalium và sự phát triển chậm chạp của nó, khoảng 1,5 năm trước, chúng tôi đã quyết định tổng hợp một nhiễm sắc thể lớn hơn nhiều, nhiễm sắc thể của nấm, biết rằng chúng tôi đã có công nghệ về mặt sinh học để thực hiện việc cấy này. Và Dan lãnh đạo đội của mình nghiên cứu việc tổng hợp nhiễm sắc thể với trên 1 triệu cặp bazơ này. Nhưng hóa ra mọi việc cuối cùng lại không diễn ra đơn giản và chúng tôi phải chậm mất 3 tháng vì chúng tôi có 1 lỗi trong số 1 triệu cặp bazơ trong toàn chuỗi.

Do đó, đội chúng tôi đã phát triển một phần mềm tìm lỗi, ở đó, chúng tôi có thể kiểm tra từng mảnh được tổng hợp để xem nó có phát triển ở trong môi trường của DNA type " hoang dại " ( wild-type) Và chúng tôi phát hiên ra rằng 10 trong số 11 mảnh DNA kích thước 100,000 cặp base chúng tôi đã tổng hợp là hoàn toàn chính xác và tương thích với chuỗi được tạo ra trong điều kiện tự nhiên. Chúng tôi đã thu hẹp xuống còn 1 mảnh. Chúng tôi đã xác định trình tự của nó và phát hiện ra rằng chỉ 1 cặp base đã bị mất trong 1 gen thiết yếu. Do đó, sự chính xác là hết sức cần thiết. Có những phần của bộ gen mà ở đó nó không thể chấp nhận dù là 1 lỗi đơn thuần, và lại có những phần của bộ gen nới chúng ta có thể đặtvào những khối DNA lớn, như chúng tôi đã làm với những đoạn gen đánh dấu ( xem gen có thực sự hoạt động không ), và nó có thể chấp nhận mọi loại lỗi. Cuối cùng, chúng tôi mất 3 tháng để tìm ra lỗi đó và sửa chữa nó. Và rồi, vào một buổi sáng sớm, lúc 6h, chúng tôi nhận được một văn bản từ Dan nói rằng, bây giờ, khuẩn lạc đầu tiên đã tồn tại.

Một quãng đường thật dài để tới được đây -- 15 năm từ lúc khởi đầu. Chúng tôi đã cảm thấy, một trong những điều quan trọng của lĩnh vực này là phải chắc chắn rằng chúng tôi có thể phân biệt được DNA tổng hợp với DNA tự nhiên. Từ rất sớm, khi bạn làm việc trong một lĩnh vực mới của khoa học, bạn phải nghĩ về những khó khăn và những thứ có thể làm cho bạn tin rằng bạn đã làm điều gì đó trong khi bạn chả làm được gì cả, và tệ hơn nữa, làm cho những người khác tin như vậy. Và chúng tôi đã nghĩ vấn đề xấu nhất có thể là sự lẫn vào dù chỉ 1 phân tử của nhiễm sắc thể tự nhiên sẽ làm cho chúng tôi tin rằng chúng tôi đã thực sự tạo ra 1 tế bào tổng hợp, trong khi thực sự nó không phải.

Do đó, từ rất sơm, chúng tôi đã phát triển một ý tưởng sẽ cho thêm các dấu ấn vào DNA để chắc chắn rằng chuổi DNA là chuỗi tổng hợp. Và nhiễm sắc thể đầu tiên mà chúng tôi tạo nên, năm 2008, chứa 500,000 cặp base, chúng tôi chỉ đơn giản thêm vào những cái tên của những tác giả của nhiễm sắc thể vào trong mã di truyền. Nhưng nó chỉ sử đụng phương pháp mã hóa bằng amino acid của từng ký tự, cách này bỏ sót một số ký tự trong bảng chữ cái. Do đó, đội của chúng tôi đã phát triển một loại mã mới mã trong mã. Do đó, đó là một loại mã mới để dịch và viết thông điệp trong DNA. Hiện nay, các nhà toán học đã từng ẩn dấu và viết các thông điệp trong mã di truyền được một thời gian dài, nhưng rõ ràng họ là những nhà toán học chứ không phải là nhà sinh vật học bởi vì, nếu bạn viết những thông điệp dài với loại mã các nhà toán học đã phát triển, có vẻ như sẽ dẫn tới các protein mới sẽ được tổng hợp với chức năng chưa được xác định.

Do đó, loại mã mà Mike Montague và đội đã phát triển thực sự đã thêm vào những bộ ba kết thúc dịch mã. Đó là một bảng chữ cái khác, nhưng nó cho phép chúng ta sử dụng toàn bộ bảng chữ cái tiếng anh với các dấu câu và chữ số. Như vây, có 4 dấu ấn lớn đều có trên 1000 cặp base của mã di truyền. dấu ấn đầu tiên thực sự chứa trong nó mã để phiên dịch phần còn lại của đoạn mã di truyền. Do đó những thông tin còn lại, chứa trong dấu ấn tôi nghĩ chứa các tên của 46 tác giả khác nhau và những người có đóng góp chủ yếu để cho dự án có thể đến được giai đoạn này. Và chúng tôi cũng xây dựng một địa chỉ website, để nêu ai đó giải mã được đoạn mã của sự mã hóa 2 lớp này, họ có thể viết email đến địa chỉ này. Do đó, nó là 1 sự khác biệt rõ ràng với tất cả những loài khác, chứa 46 cái tên bên trong, địa chỉ trang web của riêng nó. Và chúng tôi cũng thêm vào 3 lời trích dẫn vì, với bộ gen đầu tiên, chúng tôi đã bị chỉ trích vì không có gắng nói lên điều gì sâu sắc hơn là chỉ đánh dấu cho công trình mình.

Do đó, chúng tôi sẽ không đưa ra phần còn lại của đoạn mã, nhưng chúng tôi sẽ đưa ra 3 lời trích dẫn. Đầu tiên là, "To live, to err, ( để sống, để phạm lỗi,) to fall, to triumph, ( để vấp ngã, đê thành công,) and to recreate life out of life." (để hưởng thú vui ở đời) Đó là 1 câu nói của James Joyce Câu trích dẫn thứ 2 là ," See things, not as they are, but as they might be." Đó là một câu nói từ cuốn sách " American Prometheus" một cuốn sách nói về Robert Oppenheimer. Và lời trích dẫn cuối cùng là của Richard Feynman. "What I cannot build ,( những thứ tôi không xây dựng được, I cannot understand." ( tôi sẽ không thể hiểu được) Vì đây là cả một bước tiến về mặt triết học cũng như về mặt kỹ thuật trong khoa học, chúng tôi cố gắng để giải quyết cả mặt triết học lẫn mặt kỹ thuật.

Điều cuối cùng mà tôi muốn nói trước khi chuyển sang thời gian cho những câu hỏi là khối lượng công việc khổng lồ mà chúng tôi đã làm, về phương diện đạo đức, vượt qua giới hạn ở phương diện này cũng như phương diện kỹ thuật, điều này đã từng được thảo luận rộng rãi trong cộng đồng khoa học , trong giới làm chính sách. và ở mức cao nhất của chính phủ liên bang. Thậm chí với buổi thông báo này , như chúng tôi đã làm vào năm 2003 -- công việc đó đã được tài trợ về kinh phí bởi bộ năng lượng -- do đó việc này đã được xem xét ở mức Nhà Trắng , cố gắng để quyết định có nên xếp loại công trình này hoặc cho công bố nó. Và rồi họ quyết định theo hướng công bố công khai, đó là một cách tiếp cận đúng đắn. Chúng tôi đã từng giải trình với Nhà Trắng. Chúng tôi đã từng giải trình với Quốc hội. Chúng tôi đã từng cố gắng tạo ra những chuyển biến trong vấn đề chính sách song song với những tiến bộ khoa học.

Với điều đó, tôi mong muốn được đón nhận những câu hỏi từ các bạn. Vâng, phía đằng sau.

Phóng viên : Ông có thể giải thích bằng thuật ngữ thông thường tầm quan trọng của bước đột phá này như thế nào ?

Craig Venter : Chúng tôi có thể giải thích nó quan trọng như thế nào ư ? Tôi không chắc chúng tôi là những người nên giải thích về việc công trình này quan trọng như thế nào? Nó dầy ý nghĩa đối với chúng tôi. Có lẽ nó là một sự thay đổi khổng lồ về mặt triết học trong việc chúng ta nhìn nhận sự sống như thế nào. Chúng tôi thực sự coi nó như 1 đúa trẻ bước đi, xét về mặt, chúng tôi phải mất 15 năm để bây giờ có thể làm được thí nghiệm mà chúng tôi mong muốn làm 15 năm trước để hiểu sự sống ở mức cơ bản của nó. Nhưng chúng tôi thực sự tin tưởng đây sẽ là 1 nhóm công cụ rất mạnh. Và chúng tôi đã bắt đầu trong nhiều lĩnh cực để sử dụng công cụ này.

Chúng tôi có nó tại học viện , sự tài trợ được duy trì, hiện nay từ NIH ( national institutes of health) trong 1 chương trình hợp tác với Novartis cố gắng sử dụng những công cụ DNA tổng hợp mới này có lẽ nhằm mục đích tạo ra vaccine cúm mà bạn có thể có vào năm sau. Bởi vì, thay vì mất hàng tuần đến hàng tháng để tạo ra chúng, Đội của Dan có thể tạo ra những thú này trong vòng ít hơn 24h. Do đó, khi bạn thấy người ta phải mất bao lâu để chế tạo vaccine H1N1, chúng tôi nghĩ chúng tôi có thể rút ngắn quá trình đó một cách đáng kể. Trong lĩnh vực vaccine, Synthetic Genomics và học viện đang tạo nên môt công ty vaccin mới vì chúng tôi nghĩ những công cụ này có thể có tác động đên vaccines của những bệnh chưa từng có khả năng được nghiên cứu thành công , ở những virus tiến hóa nhanh, như với rhinovirus. Có phải là tốt đẹp không khi có một thứ gì đó có thể thực sự thanh toán bệnh cảm lạnh thông thường ? Hoặc, quan trọng hơn, HIV , ở những nơi mà virus tiến hóa quá nhanh , nhưng vaccin đươc tạo ra hôm nay không thể bắt kịp với những thay đổi tiến hóa này.

Tại Synthetic Genomics , chúng tôi từng làm việc trong những vấn đề về môi trường lớn Tôi nghĩ vụ tràn dầu gần đây ở vịnh Mexico là một sự nhắc nhở. Chúng ta không thể thấy CO2; chúng ta dựa vào những phương pháp khoa học để đo lường nó, và chúng ta thấy được những hậu quả ban đầu của việc có quá nhiều CO2. Nhưng chúng ta có thể thấy tiền-CO2 hiện nay đang trôi dạt trên mặt nước và gây ô nhiễm những bãi biển của vịnh Chúng ta cần một vài giải pháp thay thế cho dầu. Chúng tôi có một chương trình với Exxon Mobile để thử nghiệm và phát triển những giống tảo mới có thể bắt CO2 một cách có hiệu quả từ bầu khí quyển hoặc từ những nguồn tập trung, tạo ra những hydrocarbon mới có khả năng đưa vào nhà máy tinh chế của họ để tạo ra xăng dầu thông thường. và nguên liệu diesel từ CO2

Đó chỉ mới là một vài cách tiếp cận và một vài hướng mà chúng tôi đang thực hiện.

( Vỗ tay )