A Virus-Resistant Organism -- and What It Could Mean for the Future | Jason W. Chin | TED

المترجم: MOSAAB MOHMED zEINELABDIN MOHAMED المدقّق: akram Abu-Farea

So we built a virus-resistant organism.

لذلك قمنا ببناء كائن حي مقاوم للفيروسات.

Why?

لماذا؟

It's not about disease, or not directly.

لا يتعلق الأمر بالمرض، أو ليس بشكل مباشر.

It's about building the clean factories of the future.

يتعلق الأمر ببناء مصانع المستقبل النظيفة.

Let me explain by taking a big step back.

اسمحوا لي أن أشرح من خلال اتخاذ خطوة كبيرة إلى الوراء.

All life runs on DNA.

كل الحياة تعمل على الحمض النووي.

DNA codes for proteins, and proteins run life.

رموز الحمض النووي للبروتينات، والبروتينات تعمل في الحياة.

DNA is composed of four bases:

يتكون الحمض النووي من أربع قواعد:

A, T, G and C.

A, T, G, and C.

And triplets of these bases, known as codons,

وثلاثة توائم من هذه القواعد ، المعروفة باسم الكودونات ،

encode each of the amino acid building blocks in proteins.

ترميز كل من لبنات بناء الأحماض الأمينية في البروتينات.

The genetic code is a rulebook

الكود الجيني هو كتاب قواعد

that defines which codon encodes which amino acid.

الذي يحدد أي كودون يشفر أي حمض أميني.

So, for example,

لذلك ، على سبيل المثال ،

the triplet codon TCG encodes the amino acid serine.

الكودون الثلاثي TCG يشفر الحمض الأميني سيرين.

And the order of triplet codons in DNA

وترتيب الكودونات الثلاثية في الحمض النووي

encodes the order of amino acid building blocks in a protein.

يشفر ترتيب الأحماض الأمينية اللبنات الأساسية في البروتين.

There are 64 triplet codons in DNA

يوجد 64 كودون ثلاثي في الحمض النووي

and just 20 common amino acids.

و 20 نوعًا من الأحماض الأمينية الشائعة.

And this means that most amino acids

وهذا يعني أن معظم الأحماض الأمينية

are encoded by more than one triplet codon.

يتم ترميزها بأكثر من كودون ثلاثي واحد.

So, for example, the amino acid serine

لذلك ، على سبيل المثال ، سيرين الأحماض الأمينية

is encoded by six different triplet codons.

يتم ترميزه بستة أكواد ثلاثية مختلفة.

And triplet codons that encode the same amino acid

وكودونات ثلاثية ترمز نفس الحمض الأميني

are defined as synonymous codons.

يتم تعريفها على أنها رموز مترادفة.

The DNA code used for life is near universal.

إن شفرة الحمض النووي المستخدمة للحياةعالمية تقريبًا.

All forms of life and viruses use essentially the same genetic code.

تستخدم جميع أشكال الحياة والفيروسات أساسًا نفس الشفرة الجينية.

And that's a trait that we can exploit.

وهذه سمة يمكننا استغلالها.

Here's what we did.

هذا ما فعلناه.

We asked whether life needs multiple synonymous codons

سألنا ما إذا كانت الحياة تحتاج إلى عدة أكواد مترادفة

to encode a single amino acid.

لتشفير حمض أميني واحد.

For example, does life need six different codons,

على سبيل المثال ، هل تحتاج الحياة ستة أكواد مختلفة ،

which all code for the amino acid serine?

التي كل رمز سيرين الأحماض الأمينية؟

We took the four-million-character DNA of E. coli, its genome,

أخذنا أربعة ملايين شخصية من الحمض النووي للإشريكية القولونية ، جينومها ،

and completely rewrote the code of this microbe

وأعيد كتابته بالكامل رمز هذا الميكروب

in a very specific way

بطريقة محددة للغاية

by replacing targeted codons in its genome

عن طريق استبدال الكودونات المستهدفة في جينومها

with synonymous codons that encode the same amino acid.

مع الكودونات المترادفة الذي يشفر نفس الحمض الأميني.

So for example,

على سبيل المثال ،

we replaced the TCG and TCA codons,

استبدلنا رموز TCG و TCA ،

which encode the amino acid serine,

الذي يشفر سيرين الأحماض الأمينية ،

with AGT and AGC codons,

مع أكواد AGT و AGC ،

which also encode the amino acid serine.

والذي يشفر أيضًا سيرين الأحماض الأمينية.

By doing this across the whole four-million-base genome,

من خلال القيام بذلك عبر الجينوم المكون من أربعة ملايين قاعدة بأكملها ،

we completely removed the targeted codons from the genetic code of E. coli.

لقد أزلنا الكودونات المستهدفة تمامًا من الكود الجيني للإشريكية القولونية.

Overall, we compressed the genetic code from using 64 codons to using 61 codons.

بشكل عام ، قمنا بضغط الشفرة الجينية من استخدام 64 كودونًا إلى استخدام 61 كودونًا.

How did we do it?

كيف فعلنا ذلك؟

We first took the four-million-character code in a computer

أخذنا في البداية أربعة ملايين شخصية كود في الكمبيوتر

and used a find-and-replace operation

واستخدمت عملية البحث والاستبدال

to replace targeted codons with their synonyms.

لتحل محل الأكواد المستهدفة مع مرادفاتهم.

This created our new genome design,

أدى هذا إلى إنشاء تصميم الجينوم الجديد الخاص بنا ،

which contained more than 18,000 changes with respect to the original genome.

التي تحتوي على أكثر من 18000 تغيير فيما يتعلق بالجينوم الأصلي.

We then asked whether we could build an organism

ثم سألنا عما إذا كان يمكننا بناء كائن حي

that runs on our synthetic genome design.

التي تعمل على تصميم الجينوم الاصطناعي لدينا.

We built the synthetic genome starting from short pieces of DNA.

بنينا الجينوم الاصطناعي بدءا من قطع قصيرة من الحمض النووي.

These were made by chemistry in a test tube,

تم صنعها بواسطة الكيمياء في أنبوب اختبار ،

something that would have been prohibitively expensive to do

شيء كان من الممكن أن يكون مكلفًا للغاية

on this scale just a decade or two ago.

على هذا المقياس قبل عقد أو عقدين فقط.

We then assembled these short pieces of DNA

ثم قمنا بتجميع هذه القطع القصيرة من الحمض النووي

into longer stretches of DNA,

إلى امتدادات أطول من الحمض النووي ،

which we then used to step-by-step replace

والتي استخدمناها بعد ذلك لاستبدالها خطوة بخطوة

all four million bases of the E. coli genome.

الأربعة ملايين قاعدة لجينوم الإشريكية القولونية.

This created the largest synthetic genome ever made.

أدى هذا إلى إنشاء أكبر جينوم اصطناعي على الإطلاق.

And the resulting cell was alive.

وكانت الخلية الناتجة حية.

Think about that.

فكر بالامر.

We streamlined the genetic code, and yet the cell lived.

قمنا بتبسيط الشفرة الجينية ، ومع ذلك عاشت الخلية.

We can create life with a compressed genetic code.

يمكننا أن نخلق الحياة بشفرة جينية مضغوطة.

Now because our organism with a compressed genetic code

الآن لأن الكائن الحي لدينا مع رمز جيني مضغوط

doesn't use all 64 triplet codons to make proteins,

لا تستخدم جميع الكودونات الثلاثية الـ 64 لصنع البروتينات،

we could remove some of the machinery from the cell

يمكننا إزالة بعض الآلات من الخلية

that normally reads the near-universal genetic code.

يقرأ عادةً الشفرة الجينية شبه العالمية.

Specifically, we could remove components of the translational machinery,

على وجه التحديد ، يمكننا إزالة مكونات آلية الترجمة ،

specific tRNAs,

الحمض الريبي النووي النقال محدد ،

that normally read the codons that we've removed from the genome.

التي عادةً ما تقرأ الكودونات التي أزلناها من الجينوم.

Now, the key point here is that we've created a cell

الآن ، النقطة الأساسية هنا هي أننا أنشأنا خلية

that no longer reads all the codons in the near-universal genetic code.

التي لم تعد تقرأ جميع الكودونات في الشفرة الجينية شبه العالمية.

Now viruses infect cells.

الآن تصيب الفيروسات الخلايا.

These might be the cells of our bodies

قد تكون هذه خلايا أجسامناأو الميكروبات وحيدة الخلية مثل الإشريكية القولونية

or single-celled microbes like E.coli.

They commonly have their own DNA,

عادة ما يكون لديهم الحمض النووي الخاص بهم

which uses the near-universal genetic code

الذي يستخدم الشفرة الجينية شبه العالمية

to encode the proteins necessary to make copies of the virus.

لترميز البروتينات اللازمة لعمل نسخ من الفيروس.

But viruses don't have the machinery to read the genetic code in their DNA,

لكن الفيروسات لا تملك الآلية لقراءة الشفرة الجينية في حمضها النووي ،

and instead they rely on the host cell, the machinery of the host cell,

وبدلاً من ذلك يعتمدون على الخلية المضيفة ، وهي آلية الخلية المضيفة ،

to read the genetic code in their DNA

لقراءة الشفرة الجينية في حمضهم النووي

and make copies of the virus.

وعمل نسخ من الفيروس.

It's these copies of the virus that go on to infect other cells.

هذه النسخ من الفيروس هي التي تصيب الخلايا الأخرى.

And this is how viruses spread.

وهذه هي الطريقة التي تنتشر بها الفيروسات.

But viruses are unable to make copies of themselves in our new organism

لكن الفيروسات غير قادرة على نسخ نفسها في كائننا الجديد

because our new organism doesn't have the machinery

لأن كائننا الجديد لا يمتلك الآلية

to read all the codons in the DNA of the virus.

لقراءة جميع الكودونات في الحمض النووي للفيروس.

The code in the DNA used in the virus

الكود الموجود في الحمض النووي المستخدم في الفيروس

and the host cell's machinery to read that code are incompatible.

وآلية الخلية المضيفة لقراءة هذا الرمز غير متوافقة.

Therefore, the virus doesn’t spread in the new organism,

لذلك لا ينتشر الفيروس في الكائن الحي الجديد ،

and the new organism is resistant to viruses.

والكائن الجديد مقاوم للفيروسات.

In fact, we showed that our new organism was resistant to a wide range of viruses,

في الواقع ، أظهرنا أن كائننا الجديد كان مقاومًا لمجموعة واسعة من الفيروسات ،

suggesting that rewriting the genetic code

مما يشير إلى أن إعادة كتابة الشفرة الجينية

provides a route to creating broadly virus-resistant life.

يوفر طريقًا لخلق حياة مقاومة للفيروسات على نطاق واسع.

By extending the approaches we've developed to other organisms,

توسيع الأساليب التي طورناها لتشمل الكائنات الحية الأخرى ،

it may be possible to create virus-resistant crops and animals

قد يكون من الممكن إنشاء محاصيل وحيوانات مقاومة للفيروسات

with important applications in agriculture and beyond.

مع تطبيقات مهمة في الزراعة وخارجها.

But our advances also provide a foundation

لكن تقدمنا يوفر أيضًا أساسًا

for turning cells into the clean factories of the future.

لتحويل الخلايا إلى مصانع نظيفة في المستقبل.

How?

كيف؟

So to explain, let me take another step back

لتوضيح ذلك ، اسمحوا لي أن أعود خطوة أخرى إلى الوراء

to how organisms read their genetic code to make proteins.

لكيفية قراءة الكائنات الحية لشفرتها الجينية لصنع البروتينات.

Recall that the order of triplet codons in DNA

تذكر أن ترتيب الكودونات الثلاثية في الحمض النووي

encodes the order of amino acid building blocks in a protein.

يشفر ترتيب كتل بناء الأحماض الأمينية في البروتين.

And it's the translational machinery of cells

وهي آلية ترجمة الخلايا

that reads the triplet codons

هذا يقرأ الكودونات الثلاثية

and builds the corresponding sequence of amino acids.

ويبني التسلسل المقابل للأحماض الأمينية.

The translational machinery of natural cells --

آلية ترجمة الخلايا الطبيعية -

including ribosomes,

بما في ذلك الريبوسومات ،

aminoacyl-tRNA synthetase enzymes and tRNAs --

إنزيمات synthetase aminoacyl-tRN و tRNAs -

is a unique and special system for making proteins

هو نظام فريد وخاص لصنع البروتينات

in which the 20 common amino acids are strung together in a chain.

حيث يتم ربط 20 من الأحماض الأمينية الشائعة معًا في سلسلة.

Now, proteins are amazing,

الآن ، البروتينات مذهلة ،

but they're just one example

لكنهم مجرد مثال واحد

from a vast class of molecules known as polymers,

من فئة واسعة من الجزيئات المعروفة بالبوليمرات ،

which includes plastics, materials and drugs.

والتي تشمل البلاستيك والمواد والأدوية.

And the polymer or linear polymer is really any molecule

والبوليمر أو البوليمر الخطي هو في الحقيقة أي جزيء

in which simpler chemical building blocks are strung together in a chain.

حيث يتم تجميع وحدات البناء الكيميائية الأبسط معًا في سلسلة.

We wanted to unlock the potential of the translational machinery

أردنا إطلاق العنان لإمكانات آلية الترجمة

for making plastics, materials and drugs

لصناعة البلاستيك والمواد والأدوية

that simply can't be made in any other way,

لا يمكن صنعه بأي طريقة أخرى ،

or that could be made more cleanly and efficiently

أو يمكن جعله أكثر نظافة وكفاءة

using engineered versions of the cell's translational machinery.

باستخدام إصدارات هندسية من آلية الترجمة للخلية.

The building blocks for these polymers

اللبنات الأساسية لهذه البوليمرات

go well beyond the 20 common amino acids used to make proteins.

تذهب ما هو أبعد من 20 من الأحماض الأمينية

الشائعة المستخدمة في صنع البروتينات.

It's been impossible to unlock the potential

of the translational machinery for making plastics, materials and drugs

للآلات متعدية لصناعة البلاستيك والمواد والأدوية

for two reasons.

لسببين.

First, all 64 triplet codons in natural cells

أولاً ، جميع الكودونات الـ 64 ثلاثية في الخلايا الطبيعية

are used for making natural proteins,

تستخدم لصنع البروتينات الطبيعية ،

and there are simply no codons available to encode the synthesis of new polymers.

وببساطة لا توجد أكواد متاحة لتشفير تخليق البوليمرات الجديدة.

Second, the natural translational machinery

ثانيًا ، آلية الترجمة الطبيعية

specifically uses natural amino acids

يستخدم على وجه التحديد الأحماض الأمينية الطبيعية

and simply can't use the chemical building blocks

وببساطة لا يمكن استخدام اللبنات الكيميائية

required to make new polymers.

اللازمة لصنع بوليمرات جديدة.

However, a virus-resistant organism

ومع ذلك ، فهو كائن مقاوم للفيروسات

doesn't use all 64 triplet codons to make proteins

لا تستخدم كل 64 كودونات ثلاثي لصنع البروتينات؟

and doesn't contain the machinery to read the codons

ولا يحتوي على آلية قراءة الكودونات

that have been deleted from its genome.

التي تم حذفها من الجينوم الخاص بها.

And this cell provides the starting point for genetically-encoded polymer synthesis.

وتوفر هذه الخلية نقطة البداية لتخليق البوليمر المشفر جينيًا.

To realize genetically-encoded polymer synthesis

لتحقيق تخليق البوليمر المشفر وراثيا

in our virus-resistant organism,

في جسمنا المقاوم للفيروسات ،

we added synthetic DNA containing the triplet codons

أضفنا DNA اصطناعيًا يحتوي على الكودونات الثلاثية

we'd removed from the genome of the cell

كنا قد أزلنا من جينوم الخلية

and engineered translational machinery to read these codons

وصُممت آلات الترجمة لقراءة هذه الأكواد

and reassign them to new chemical building blocks for new polymers.

وإعادة تخصيصها إلى وحدات بناء كيميائية جديدة للبوليمرات الجديدة.

This system can be programmed to make diverse synthetic polymers.

يمكن برمجة هذا النظام لصنع بوليمرات تركيبية متنوعة.

By changing the order of the triplet codons

عن طريق تغيير ترتيب الكودونات الثلاثية

in the synthetic DNA,

في الحمض النووي الاصطناعي ،

we can change the order of the chemical building blocks

يمكننا تغيير ترتيب اللبنات الكيميائية

that we program into the resulting polymer.

التي نبرمجها في البوليمر الناتج.

And by changing the identity of the engineered translational machinery

وعن طريق تغيير هوية آلية الترجمة المهندسة

that we add to the cell,

التي نضيفها إلى الخلية ،

we can change the identity of the chemical building blocks

يمكننا تغيير هوية اللبنات الكيميائية

from which we compose the polymer.

التي نؤلف منها البوليمر.

Overall, we've created a cellular factory

بشكل عام ، أنشأنا مصنعًا خلويًا

that we can reliably and predictably program

يمكننا برمجته بشكل موثوق ومتوقع

to make synthetic polymers.

لصنع البوليمرات الاصطناعية.

Using our approach, we've already been able to program cells

باستخدام نهجنا ، تمكنا بالفعل من برمجة الخلايا

to make new molecules,

لصنع جزيئات جديدة ،

including molecules from an important class of drugs

بما في ذلك جزيئات من فئة مهمة من الأدوية

known as depsipeptide macrocycles.

المعروف باسم macrocycles و depsipeptide.

Molecules in this class include antibiotics,

تشمل الجزيئات في هذه الفئة المضادات الحيوية ،

immunosuppressives and anti-tumor compounds.

مثبطات المناعة والمركبات المضادة للأورام.

We've also been able to program cells to make completely synthetic polymers

لقد تمكنا أيضًا من برمجة الخلايا لصنع بوليمرات اصطناعية بالكامل

containing the chemical linkages found

تحتوي على الروابط الكيميائية الموجودة

in several classes of biodegradable plastics.

في عدة فئات من المواد البلاستيكية القابلة للتحلل.

As we build new polymer molecules using our cellular factories,

بينما نبني جزيئات بوليمر جديدة باستخدام مصانعنا الخلوية ،

we have the opportunity to consider from the beginning

لدينا فرصة للنظر من البداية

how we might also use engineered biological cells

كيف يمكننا أيضًا استخدام الخلايا البيولوجية المهندسة

to break these polymers down

لتحطيم هذه البوليمرات

into their constituent chemical building blocks

في اللبنات الكيميائية المكونة لها

that could be recycled and used for new encoded polymers.

يمكن إعادة تدويرها واستخدامها للبوليمرات المشفرة الجديدة.

We envision a circular bioeconomy

نتصور اقتصادًا حيويًا دائريًا

in which our new genetically-encoded plastics and materials

التي نستخدم فيها البلاستيك والمواد الجديدة المشفرة وراثيًا

are manufactured and ultimately broken down

يتم تصنيعها وتفكيكها في النهاية

using low-energy cellular processes,

باستخدام العمليات الخلوية منخفضة الطاقة ،

taking advantage of existing bioreactors and fermenters.

الاستفادة من المفاعلات الحيوية والتخمير الموجودة.

By taking inspiration from nature and reimagining what life can become,

من خلال الإلهام من الطبيعة وإعادة تصور ما يمكن أن تصبح الحياة ،

we have the opportunity to build the sustainable industries of the future.

لدينا الفرصة لبناء صناعات مستدامة في المستقبل.

Thank you.

شكرًا لكم.

(Applause)

(تصفيق)