How to build synthetic DNA and send it across the internet | Dan Gibson

Translator: Kitchka Dyankova Reviewer: Anton Hikov

Alright, let me tell you about building synthetic cells

Ще ви разкажа за създаването на синтетични клетки

and printing life.

и печатането на живот.

But first, let me tell you a quick story.

Но първо нека ви разкажа една кратка история.

On March 31, 2013,

На 31 март 2013 г.

my team and I received an email from an international health organization,

аз и екипът ми получихме имейл от международна здравна организация,

alerting us that two men died in China

която предупреждаваше, че двама души са починали в Китай

shortly after contracting the H7N9 bird flu.

веднага след като са се заразили с вируса на птичия грип H7N9.

There were fears of a global pandemic

Имаше страхове от глобална пандемия,

as the virus started rapidly moving across China.

след като вирусът започна бързо да се разпространява в Китай.

Although methods existed to produce a flu vaccine

Въпреки че имаше методи за създаване на ваксина срещу грипа

and stop the disease from spreading,

и спиране на разпространението на болестта,

at best, it would not be available for at least six months.

щяха да минат поне шест месеца преди ваксината да е готова.

This is because a slow, antiquated flu vaccine manufacturing process

Така е, защото единствената възможност е бавен, остарял

developed over 70 years ago was the only option.

производствен процес на ваксината, създаден преди повече от 70 години.

The virus would need to be isolated from infected patients,

Вирусът щеше да бъде изолиран от заразените пациенти,

packaged up and then sent to a facility

опакован и изпратен до апаратура,

where scientists would inject the virus into chicken eggs,

където учените щяха да го инжектират в кокоши яйца

and incubate those chicken eggs for several weeks

и да държат тези яйца в инкубатор няколко седмици,

in order to prepare the virus for the start of a multistep,

за да подготвят вируса за започването на многостепенен

multimonth flu vaccine manufacturing process.

производствен процес на противогрипна ваксина, който трае месеци.

My team and I received this email

Аз и екипът ми получихме този имейл,

because we had just invented a biological printer,

защото току-що бяхме изобретили биологичен принтер,

which would allow for the flu vaccine instructions

който би позволил указанията за противогрипната ваксина

to be instantly downloaded from the internet and printed.

да бъдат свалени веднага от интернет и отпечатани,

Drastically speeding up the way in which flu vaccines are made,

ускорявайки значително производството на ваксини срещу грип

and potentially saving thousands of lives.

и потенциално спасявайки хиляди животи.

The biological printer leverages our ability to read and write DNA

Биологичният принтер оптимизира способността ни да разчитаме и пишем ДНК

and starts to bring into focus

и привлича вниманието към

what we like to call biological teleportation.

това, което ни харесва да наричаме биологична телепортация.

I am a biologist and an engineer who builds stuff out of DNA.

Аз съм биолог и инженер, който прави разни неща от ДНК.

Believe it or not, one of my favorite things to do

Вярвате или не, едно от любимите ми занимания

is to take DNA apart and put it back together

е да "разглобя" ДНК и после отново да я "сглобя",

so that I can understand better how it works.

за да разбера по-добре как работи.

I can edit and program DNA to do things, just like coders programing a computer.

Мога да редактирам и програмирам ДНК за разни неща точно като програмист.

But my apps are different.

Но приложенията ми са различни.

They create life.

Те създават живот.

Self-replicating living cells and things like vaccines and therapeutics

Самовъзпроизвеждащи се живи клетки, ваксини и лекарства,

that work in ways that were previously impossible.

работещи по начини, които са били невъзможни преди.

Here's National Medal of Science recipient Craig Venter

Това са носителят на Националния научен медал Крейг Вентър

and Nobel laureate Ham Smith.

и Нобеловият лауреат Хам Смит.

These two guys shared a similar vision.

Тези двама учени имали сходни възгледи.

That vision was, because all of the functions and characteristics

А именно, че щом всички функции и характеристики

of all biological entities, including viruses and living cells,

на всички биологични единици, включително вирусите и живите клетки,

are written into the code of DNA,

са записани в кода на ДНК,

if one can read and write that code of DNA,

ако можем да четем и пишем този ДНК код,

then they can be reconstructed in a distant location.

те могат да бъдат възпроизведени на друго място.

This is what we mean by biological teleportation.

Това имаме предвид под биологична телепортация.

To prove out this vision,

За да докажат правотата си,

Craig and Ham set a goal of creating, for the first time,

Крейг и Хам си поставили за цел да създадат първата

a synthetic cell, starting from DNA code in the computer.

синтетична клетка, водеща началото си от ДНК код в компютъра.

I mean, come on, as a scientist looking for a job,

Така де, ако сте учен, който търси работа

doing cutting-edge research, it doesn't get any better than this.

и прави иновативни проучвания, не може да ви стане по-хубаво.

(Laughter)

(Смях)

OK, a genome is a complete set of DNA within an organism.

Добре, геном е пълният комплект ДНК в един организъм.

Following the Human Genome Project in 2003,

След Проекта за човешкия геном през 2003,

which was an international effort to identify

който беше международeн опит да се установи

the complete genetic blueprint of a human being,

пълния генетичен модел на едно човешко същество,

a genomics revolution happened.

избухна революция в геномиката.

Scientists started mastering the techniques for reading DNA.

Учените започнаха да овладяват техниките за разчитане на ДНК,

In order to determine the order of the As, Cs, Ts and Gs

за да определят реда на А, Ц, Т и Г

within an organism.

в един организъм.

But my job was far different.

Моята работа бе съвсем различна.

I needed to master the techniques for writing DNA.

Аз трябваше да овладея техниките за писане на ДНК.

Like an author of a book,

Подобно на автор на книга

this started out as writing short sentences,

започнах с писане на кратки изречения

or sequences of DNA code,

или последователности ДНК код,

but this soon turned into writing paragraphs

но скоро започнах да пиша параграфи,

and then full-on novels of DNA code,

а после цели романи с ДНК код,

to make important biological instructions for proteins and living cells.

за да дам важни биологични инструкции на протеините и живите клетки.

Living cells are nature's most efficient machines at making new products,

Живите клетки са най-ефективните машини на природата за нови продукти,

accounting for the production

на тях се дължи производството

of 25 percent of the total pharmaceutical market,

на 25 процента от целия фармацевтичен пазар,

which is billions of dollars.

а това са милиарди долари.

We knew that writing DNA would drive this bioeconomy even more,

Знаехме, че писането на ДНК ще насърчи биоикономиката още повече,

once cells could be programmed just like computers.

щом веднъж клетките могат да се програмират като компютри.

We also knew that writing DNA would enable biological teleportation ...

И че писането на ДНК ще направи биологичната телепортация възможна...

the printing of defined, biological material,

отпечатването на дефиниран биологичен материал

starting from DNA code.

като се започне от ДНК код.

As a step toward bringing these promises to fruition,

Като стъпка към осъществяването на тези обещания,

our team set out to create, for the first time,

екипът ни се зае да създаде за пръв път

a synthetic bacterial cell,

синтетична бактериална клетка

starting from DNA code in the computer.

с начало ДНК код в компютъра.

Synthetic DNA is a commodity.

Синтетичната ДНК е стока.

You can order very short pieces of DNA from a number of companies,

Можете да си поръчате много къси парченца ДНК от множество компании

and they will start from these four bottles of chemicals that make up DNA,

и те ще започнат от четирите бутилки с химикали, които изграждат ДНК,

G, A, T and C,

Г, А, Т и Ц

and they will build those very short pieces of DNA for you.

и ще ви създадат такива много къси парченца ДНК.

Over the past 15 years or so,

През последните 15 години

my teams have been developing the technology

екипите ми разработваха технологията

for stitching together those short pieces of DNA

за зашиване на тези къси парченца ДНК едно към друго

into complete bacterial genomes.

в завършени бактериални геноми.

The largest genome that we constructed contained over one million letters.

Най-големият геном, който създадохме, съдържаше над един милион букви.

Which is more than twice the size of your average novel,

Това е повече от два пъти средната дължина на роман

and we had to put every single one of those letters in the correct order,

и трябваше да сложим всяка буква във вярната последователност

without a single typo.

без нито една грешка.

We were able to accomplish this by developing a procedure

Успяхме да постигнем това чрез разработване на процедура, която

that I tried to call the "one-step isothermal in vitro recombination method."

исках да нарека "едностепенен изотермален ин витро рекомбинационен метод".

(Laughter)

(Смях)

But, surprisingly, the science community didn't like this technically accurate name

Но, изненадващо, научната общност не хареса това технически точно име

and decided to call it Gibson Assembly.

и реши да я нарече Гибсън свързване.

Gibson Assembly is now the gold standard tool,

Гибсън свързването сега е златният стандарт като инструмент

used in laboratories around the world

в лабораториите по света

for building short and long pieces of DNA.

за създаването на къси и дълги парчета ДНК.

(Applause)

(Аплодисменти)

Once we chemically synthesized the complete bacterial genome,

Щом синтезирахме химически пълния бактериален геном,

our next challenge was to find a way

следващото предизвикателство бе да намерим начин

to convert it into a free-living, self-replicating cell.

да го превърнем в независима, самовъзпроизвеждаща се клетка.

Our approach was to think of the genome as the operating system of the cell,

Подходихме към генома като към операционна система на клетката,

with the cell containing the hardware necessary to boot up the genome.

като клетката съдържа хардуера, необходим за стартирането на генома.

Through a lot of trial and error,

След много проби и грешки

we developed a procedure where we could reprogram cells

разработихме процедура за репрограмиране на клетките

and even convert one bacterial species into another,

и дори за превръщането на един вид бактерия в друг

by replacing the genome of one cell with that of another.

чрез заместване на генома на една клетка с този на друга.

This genome transplantation technology then paved the way

Тази технология за трансплантация на геном после откри пътя

for the booting-up of genomes written by scientists

за стартирането на геноми, написани от учени,

and not by Mother Nature.

а не от майката Природа.

In 2010, all of the technologies

През 2010 г. всички технологии,

that we had been developing for reading and writing DNA

които разработвахме за четене и писане на ДНК

all came together when we announced the creation

се обединиха, когато обявихме създаването

of the first synthetic cell,

на първата синтетична клетка,

which of course, we called Synthia.

която, разбира се, кръстихме Синтия.

(Laughter)

(Смях)

Ever since the first bacterial genome was sequenced, back in 1995,

Откакто последователността на първия бактериален геном бе установена през 1995,

thousands more whole bacterial genomes have been sequenced and stored

още хиляди последователности на цели бактериални геноми са съхранени

in computer databases.

в компютърни бази от данни.

Our synthetic cell work was the proof of concept

Нашата синтетична клетка доказа идеята,

that we could reverse this process:

че можем да обърнем процеса -

pull a complete bacterial genome sequence out of the computer

да вземем пълна последователност на бактериален геном от компютъра

and convert that information into a free-living, self-replicating cell,

и да превърнем тази информация в независима, самовъзпроизвеждаща се клетка

with all of the expected characteristics of the species that we constructed.

с всички очаквани характеристики на вида, който сме създали.

Now I can understand why there may be concerns

Разбирам защо може да има тревога

about the safety of this level of genetic manipulation.

за сигурността при това ниво на генетична манипулация.

While the technology has the potential for great societal benefit,

Технологията има потенциал за големи обществени облаги,

it also has the potential for doing harm.

но също и за нанасяне на вреди.

With this in mind, even before carrying out the very first experiment,

С тази мисъл, дори преди да направим най-първия експеримент,

our team started to work with the public and the government

екипът ни започна да работи с хората и правителството,

to find solutions together

за да намерим заедно начини

to responsibly develop and regulate this new technology.

да разработим и регулираме отговорно тази нова технология.

One of the outcomes from those discussions was to screen every customer

Един от резултатите от дискусиите ни бе да се проверява всеки клиент

and every customer's DNA synthesis orders,

и неговите поръчки за синтезиране на ДНК,

to make sure that pathogens or toxins are not being made by bad guys,

за да е сигурно, че няма да се създават патогени или токсини от лоши хора

or accidentally by scientists.

или погрешка от учени.

All suspicious orders are reported to the FBI

Всички подозрителни поръчки се докладват на ФБР

and other relevant law-enforcement agencies.

и на други подходящи агенции, поддържащи закона.

Synthetic cell technologies will power the next industrial revolution

Технологиите за синтетични клетки ще задвижат следващата индустриална революция

and transform industries and economies

и ще преобразят индустрии и икономики

in ways that address global sustainability challenges.

по начини, свързани с глобалните екологични предизвикателства.

The possibilities are endless.

Възможностите са безкрайни.

I mean, you can think of clothes

Помислете за дрехи,

constructed form renewable biobased sources,

направени от възобновяеми биоизточници,

cars running on biofuel from engineered microbes,

коли, движещи се с биогориво от проектирани микроби,

plastics made from biodegradable polymers

пластмаси, направени от биоразградими полимери

and customized therapies, printed at a patient's bedside.

и лични терапии, отпечатвани до леглото на пациента.

The massive efforts to create synthetic cells

Огромните усилия да създадем синтетични клетки

have made us world leaders at writing DNA.

ни направиха световен лидер в писането на ДНК.

Throughout the process, we found ways to write DNA faster,

В процеса на работа открихме начини да пишем ДНК по-бързо,

more accurately and more reliably.

по-точно и по-надеждно.

Because of the robustness of these technologies,

Заради големите усилия при тези технологии,

we found that we could readily automate the processes

открихме,че можем лесно да автоматизираме процеса

and move the laboratory workflows out of the scientist's hands

и да прехвърлим лабораторните работни процеси от ръцете на учените

and onto a machine.

към машина.

In 2013, we built the first DNA printer.

През 2013 създадохме първия ДНК принтер.

We call it the BioXp.

Наричаме го BioXp.

And it has been absolutely essential in writing DNA

И той е изключително важен за писането на ДНК

across a number of applications

за множество приложения,

my team and researchers around the world are working on.

по които работят екипът ми и изследователите по света.

It was shortly after we built the BioXp

Скоро след като създадохме BioXp

that we received that email about the H7N9 bird flu scare in China.

получихме онзи имейл за заплахата от птичи грип H7N9 в Китай.

A team of Chinese scientists had already isolated the virus,

Екип от китайски учени вече беше изолирал вируса,

sequenced its DNA and uploaded the DNA sequence to the internet.

установил последователността в неговата ДНК и качил резултата в интернет.

At the request of the US government, we downloaded the DNA sequence

По молба на американското правителство свалихме ДНК-последователността

and in less than 12 hours, we printed it on the BioXp.

и за по-малко от 12 часа я отпечатахме на BioXp.

Our collaborators at Novartis

Сътрудниците ни в Novartis

then quickly started turning that synthetic DNA into a flu vaccine.

бързо започнаха да превръщат синтетичната ДНК във ваксина.

Meanwhile, the CDC, using technology dating back to the 1940s,

Междувременно CDC, използващи технология още от 1940 г.,

was still waiting for the virus to arrive from China

все още чакаха вируса да пристигне от Китай,

so that they could begin their egg-based approach.

за да започнат работа по базирания си на яйце подход.

For the first time, we had a flu vaccine developed ahead of time

За пръв път имахме противогрипна ваксина, разработена предварително

for a new and potentially dangerous strain,

за нов и потенциално опасен щам

and the US government ordered a stockpile.

и американското правителство поръча големи запаси.

(Applause)

(Аплодисменти)

This was when I began to appreciate, more than ever,

В този момент започнах да ценя повече от всякога

the power of biological teleportation.

силата на биологичната телепортация.

(Laughter)

(Смях)

Naturally, with this in mind,

И разбира се, с тази мисъл

we started to build a biological teleporter.

започнахме да създаваме биологичен телепортатор.

We call it the DBC.

Наричаме го DBC.

That's short for digital-to-biological converter.

Това е съкращение на дигитално- биологичен преобразувател.

Unlike the BioXp,

За разлика от BioXp,

which starts from pre-manufactured short pieces of DNA,

който започва от предварително създадени къси парченца ДНК,

the DBC starts from digitized DNA code

DBC започва от дигитализиран ДНК код

and converts that DNA code into biological entities,

и превръща този ДНК код в биологични единици,

such as DNA, RNA, proteins or even viruses.

като ДНК, РНК, протеини и дори вируси.

You can think of the BioXp as a DVD player,

Можем да разглеждаме BioXp като DVD устройство,

requiring a physical DVD to be inserted,

което изисква вкарването на физически диск,

whereas the DBC is Netflix.

докато DBC е Netflix.

To build the DBC,

За да създадем DBC,

my team of scientists worked with software and instrumentation engineers

моят екип от учени работи със софтуерни и контролни инженери,

to collapse multiple laboratory workflows,

за да събере множеството лабораторни работни процеси

all in a single box.

в една кутия.

This included software algorithms to predict what DNA to build,

Това включваше софтуерни алгоритми, предсказващи каква ДНК да се създаде,

chemistry to link the G, A, T and C building blocks of DNA into short pieces,

химия, свързваща Г,А,Т и Ц - строителните блокчета на ДНК в къси парченца,

Gibson Assembly to stitch together those short pieces into much longer ones,

Гибсън свързване, за да зашие късите парченца едно за друго в много по-дълги

and biology to convert the DNA into other biological entities,

и биология, която да превърне ДНК в други биологични единици,

such as proteins.

например протеини.

This is the prototype.

Това е прототипът.

Although it wasn't pretty, it was effective.

Макар и некрасив, беше ефективен.

It made therapeutic drugs and vaccines.

Правеше терапевтични лекарства и ваксини.

And laboratory workflows that once took weeks or months

Лабораторни процеси, които някога отнемаха седмици или месеци,

could now be carried out in just one to two days.

сега могат да се извършат за един-два дни.

And that's all without any human intervention

И всичко това без никаква човешка намеса,

and simply activated by the receipt of an email

предизвикано само от получаването на един имейл,

which could be sent from anywhere in the world.

който може да бъде изпратен от всяко място по света.

We like to compare the DBC to fax machines.

Обичаме да сравняваме DBC с факс машина.

But whereas fax machines received images and documents,

Но докато факс машините получават изображения и документи,

the DBC receives biological materials.

DBC получава биологични материали.

Now, consider how fax machines have evolved.

Да видим как са се развивали факс машините.

The prototype of the 1840s is unrecognizable,

Прототипът от 1840 г. е неразпознаваем

compared with the fax machines of today.

в сравнение със сегашните факс машини.

In the 1980s, most people still didn't know what a fax machine was,

През 1980-те повечето хора все още не знаели какво е факс машина,

and if they did,

а ако знаели,

it was difficult for them to grasp the concept

им било трудно да разберат принципа

of instantly reproducing an image on the other side of the world.

на незабавното възпроизвеждане на едно изображение на другия край на света.

But nowadays, everything that a fax machine does

Но днес всичко, което прави една факс машина

is integrated on our smart phones,

е интегрирано в смартфоните ни

and of course, we take this rapid exchange of digital information for granted.

и разбира се, приемаме бързата обмяна на дигитална информация за даденост.

Here's what our DBC looks like today.

Ето как изглежда днес нашият DBC.

We imagine the DBC evolving in similar ways as fax machines have.

Представяме си как DBC ще се развие по подобен на факса начин.

We're working to reduce the size of the instrument,

Работим по намаляването на размера на инструмента

and we're working to make the underlying technology

и да направим базовата технология

more reliable, cheaper, faster and more accurate.

по-надеждна, по-евтина, по-бърза и по-точна.

Accuracy is extremely important when synthesizing DNA,

Прецизността е изключително важна, когато синтезираме ДНК,

because a single change to a DNA letter

защото само една промяна на ДНК-буква

could mean the difference between a medicine working or not

може да бъде разликата между работещо и неработещо лекарство

or synthetic cell being alive or dead.

или жива и мъртва синтетична клетка.

The DBC will be useful for the distributed manufacturing

DBC ще бъде от полза за разпръснатото производство

of medicine starting from DNA.

на лекарства, създадени от ДНК.

Every hospital in the world could use a DBC

Всяка болница в света би могла да използва DBC

for printing personalized medicines for a patient at their bedside.

за отпечатване на персонализирани лекарства за пациент до леглото му.

I can even imagine a day when it's routine for people to have a DBC

Дори си представям деня, когато за хората е нормално да имат DBC,

to connect to their home computer or smart phone

свързан с домашния им компютър или смартфона им,

as a means to download their prescriptions,

като средство за изпълнение на рецепти,

such as insulin or antibody therapies.

като инсулин или терапия с антитела.

The DBC will also be valuable when placed in strategic areas around the world,

DBC ще бъде ценен също и когато се намира в стратегически райони по света

for rapid response to disease outbreaks.

за бърза реакция срещу избухнали епидемии.

For example, the CDC in Atlanta, Georgia

Например, CDC в Атланта, Джорджия

could send flu vaccine instructions to a DBC on the other side of the world,

могат да изпратят инструкции за ваксина против грип на DBC в другия край на света,

where the flu vaccine is manufactured right on the front lines.

където ваксината да бъде произведена на самата фронтова линия.

That flu vaccine could even be specifically tailored to the flu strain

Тази противогрипна ваксина може дори да бъде специализирана за грипния щам,

that's circulating in that local area.

който се разпространява локално.

Sending vaccines around in a digital file,

Изпращането на ваксини в дигитален файл

rather than stockpiling those same vaccines and shipping them out,

вместо запасяването със същите тези ваксини и транспортирането им,

promises to save thousands of lives.

обещава да спаси хиляди животи.

Of course, the applications go as far as the imagination goes.

Разбира се, приложенията могат да бъдат ограничени само от въображението.

It's not hard to imagine placing a DBC on another planet.

Не е трудно да си представим DBC на друга планета.

Scientists on Earth could then send the digital instructions to that DBC

Тогава учените на Земята биха могли да изпращат дигитални инструкции на този DBC

to make new medicines or to make synthetic organisms

как да прави нови лекарства или синтетични организми,

that produce oxygen, food, fuel or building materials,

които произвеждат кислород, храна, гориво или строителни материали

as a means for making the planet more habitable for humans.

като средство за превръщане на планетата в обитаема за хората.

(Applause)

(Аплодисменти)

With digital information traveling at the speed of light,

С дигитална информация, пътуваща със скоростта на светлината,

it would only take minutes to send those digital instructions

ще трябват само минути на дигиталните инструкции да стигнат

from Earth to Mars,

от Земята до Марс,

but it would take months to physically deliver those same samples

но ще отнеме месеци същите мостри да се доставят физически

on a spacecraft.

с космически кораб.

But for now, I would be satisfied beaming new medicines across the globe,

Засега ще съм удовлетворен да изпращам нови лекарства по земното кълбо,

fully automated and on demand,

напълно автоматизирано и при поискване,

saving lives from emerging infectious diseases

спасявайки животи от появяващите се заразни болести и

and printing personalized cancer medicines for those who don't have time to wait.

отпечатвайки персонализирани лекарства срещу рак за тези,които не могат да чакат.

Thank you.

Благодаря ви.

(Applause)

(Аплодисменти)